WO2019038037A1 - Druckkopf und verfahren zur extrusion von druckmasse aus einer nahrungsmittel-kartusche - Google Patents

Druckkopf und verfahren zur extrusion von druckmasse aus einer nahrungsmittel-kartusche Download PDF

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WO2019038037A1
WO2019038037A1 PCT/EP2018/070752 EP2018070752W WO2019038037A1 WO 2019038037 A1 WO2019038037 A1 WO 2019038037A1 EP 2018070752 W EP2018070752 W EP 2018070752W WO 2019038037 A1 WO2019038037 A1 WO 2019038037A1
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WO
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cartridge
piston
cap
printhead
gap
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/070752
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English (en)
French (fr)
Inventor
Stephen Brown
Lucia SCHUSTER
Chris SILK
Mark VISMER
Original Assignee
BSH Hausgeräte GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by BSH Hausgeräte GmbH filed Critical BSH Hausgeräte GmbH
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23P—SHAPING OR WORKING OF FOODSTUFFS, NOT FULLY COVERED BY A SINGLE OTHER SUBCLASS
    • A23P30/00—Shaping or working of foodstuffs characterised by the process or apparatus
    • A23P30/20—Extruding
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A21—BAKING; EDIBLE DOUGHS
    • A21C—MACHINES OR EQUIPMENT FOR MAKING OR PROCESSING DOUGHS; HANDLING BAKED ARTICLES MADE FROM DOUGH
    • A21C11/00—Other machines for forming the dough into its final shape before cooking or baking
    • A21C11/16—Extruding machines
    • A21C11/20—Extruding machines with worms
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23P—SHAPING OR WORKING OF FOODSTUFFS, NOT FULLY COVERED BY A SINGLE OTHER SUBCLASS
    • A23P20/00—Coating of foodstuffs; Coatings therefor; Making laminated, multi-layered, stuffed or hollow foodstuffs
    • A23P20/20—Making of laminated, multi-layered, stuffed or hollow foodstuffs, e.g. by wrapping in preformed edible dough sheets or in edible food containers
    • A23P20/25—Filling or stuffing cored food pieces, e.g. combined with coring or making cavities
    • A23P2020/253—Coating food items by printing onto them; Printing layers of food products

Definitions

  • the invention relates to a food printer. More particularly, the invention relates to a printhead, a foodstuff printer comprising such a printhead, and a method for extruding printing material from a cartridge of a foodstuff printer.
  • Food printers allow a user to customize a variety of different foods. For example, a baked goods can be individualized by a food processor and made on demand.
  • print masses are used, which are printed by a food printer and cooked if necessary.
  • the different printing materials can be provided in different food cartridges.
  • a food printer can extrude print mass from the different cartridges to produce a food.
  • the present document addresses the technical problem of providing a printhead and a method that enable a food printer to reliably and accurately extrude print mass from a food cartridge to print a high quality food.
  • a print head for a food printer may be used to extrude edible mass from one or more cartridges onto a tray to print a foodstuff.
  • the printhead comprises a holder for receiving at least one cartridge.
  • the printhead may be designed such that different cartridges can be inserted into the holder and / or the cartridges (by a user of the food printer) can be exchanged.
  • the print head can be designed to receive cartridges, which already have their own nozzle, can be extruded over the print mass.
  • the print head can be designed such that the print head for the extrusion of print mass from a cartridge does not have its own nozzle.
  • the print head can thus be designed such that the print head does not come into contact with the print mass of a cartridge. So contamination of a food printer can be reliably avoided by printing mass.
  • a cartridge which can be inserted into the print head typically has a cylindrical shape, in particular the shape of a circular cylinder or a rectangular cylinder.
  • the cartridge has a cartridge wall which encloses a cylindrical cavity for receiving edible printing material.
  • the cylindrical cavity may be terminated with a movable cap on one side of the cartridge, referred to in this document as the control side.
  • the cap can touch the cartridge wall gas-tight.
  • a sealing element can be arranged between the cap and the inside of the cartridge wall.
  • the cartridge can have on a side opposite a nozzle, can be pressed by the pressure mass from the cartridge or extruded. This side of the cartridge is referred to in this document as an extrusion page.
  • the cap may be moved along the (longitudinal) axis of the cylindrical cavity to extrude pressurized mass from the cartridge on the extrusion side remote from the control side (e.g., via a nozzle of the cartridge).
  • the printhead is typically configured such that the axis of the cylindrical cavity of the cartridge extends substantially perpendicular to the deposition surface onto which printmass is extruded when the cartridge is in the holder of the printhead. Consequently, the control side of a cartridge in the inserted state is typically at the top and the extrusion side at the bottom.
  • the printhead further includes a piston adapted to be inserted from the control side of the cartridge into the cylindrical cavity of a cartridge in the holder to guide the piston to the cap of the cartridge.
  • the piston can be inserted from above into the cylindrical cavity.
  • the cartridge may be formed such that, even when the cap is fully filled, the cartridge wall extends toward the control side of the cartridge beyond the position of the cap.
  • the piston is designed to seal gas-tight with the cartridge wall.
  • a sealing element for this purpose, be arranged between the piston and the inside of the cartridge wall, a sealing element. It thus forms between the piston and the cap within the cylindrical cavity a (gas-tight) gap.
  • This space preferably has a volume of nearly zero, so that the piston rests directly on the cap.
  • the gap is formed such that the gap can be opened so that gas (especially air) can flow into the gap or from the gap.
  • the opening of the gap may be used to decouple the piston from the cap so that movement of the piston away from the cap is not substantially transferred to the cap.
  • the gap can be closed in a gastight manner, so that a coupling between the piston and the cap is formed via the intermediate space, in particular via a negative pressure in the intermediate space.
  • a movement of the piston away from the cap can be transferred to the cap.
  • the intermediate space can thus be designed such that a force acting on the piston in the direction of the control side of the cartridge (ie, a force acting away from the extrusion side) is at least partially transferred to the cap when the gap is closed gas-tight, and the force in Essentially not transferred to the cap when the gap for a gas supply or gas extraction is open.
  • the printhead includes an actuator (eg, an electric motor) configured to move the piston along the axis of the cylindrical cavity.
  • the piston may be moved toward the extrusion side of the cartridge towards or away from the extrusion side of the cartridge.
  • the piston can thus be moved in particular upwards or downwards.
  • the print head further comprises a coupling means, which is designed to close or close the gap between the piston and the cap in a gastight manner.
  • the coupling means may comprise a valve arranged to open or close a gas-conducting channel or opening to the gap to open or close the gap.
  • the print head comprises a control unit which is set up to cause the coupling means to open the gap in a printing pause and to seal it gas-tight in a printing phase.
  • the intermediate space can be automatically closed during a printing phase.
  • the interspace will be automatically opened.
  • typically no extrusion of printing material takes place in a printing pause.
  • a printing pause may be used to replace a cartridge in the printhead.
  • By opening the gap a comfortable replacement of a cartridge can be made possible.
  • the extrusion of printing material typically takes place.
  • closing the gap a close coupling between the piston and the cap of a cartridge is effected, so that pressure mass can be extruded with high accuracy.
  • the (spatial) quality of a printed food can be increased.
  • the holder of the printhead may be configured to fix a cartridge received in the holder at a specific location on the printhead.
  • a counter force can be caused by the holder, which counteracts a force acting on the cap, so that the cap of the cartridge (possibly without movement of the cartridge wall) can be moved to the extrusion side of the cartridge to pressure mass from the cartridge in the holder to extrude and / or can be moved away from the extrusion side of the cartridge to interrupt the extrusion of printing material.
  • the holder may thus be arranged to fix a cartridge to the printhead when the plunger of the printhead presses on the cap of the cartridge.
  • the holder may be configured to fix a cartridge to the printhead when the plunger of the printhead pulls on the cap of the cartridge.
  • the holder of the print head can thus be designed as a device for fixing at least one cartridge to the print head.
  • the piston may have an opening extending through the piston or a passage extending through the piston through which the gas can pass into the intermediate space.
  • the coupling means may be designed to close or open the opening or the channel (eg by means of a valve).
  • the opening or the channel can, for example, connect the intermediate space with the surroundings of the cartridge or with the atmosphere.
  • the piston may be connected to a piston rod.
  • the actuator may be configured to move the piston indirectly via the piston rod.
  • the opening through the piston can run as an air passage through the piston rod.
  • the valve for opening or closing the gap may be disposed on the piston rod (for example, on an end of the piston rod facing away from the piston). Thus, a channel can be provided to the gap in a space-efficient manner.
  • the cartridge holder may include a fixing and / or guiding means (eg, a flange) adapted to fix a cartridge in the holder to the control side of the cartridge and / or arranged to guide the piston rod ,
  • the fixing and / or guiding means may be arranged to fix the cartridge to the control side of the cartridge (e.g., by a plate).
  • the piston rod can be guided at this location (e.g., through a hole in the plate) to allow reliable movement of the piston.
  • the piston rod may have a thread.
  • the actuator may be configured to move the piston rod in both directions (i.e., up and down) via the thread along the axis of the cylindrical cavity of a cartridge in the holder. This can e.g. via a worm thread.
  • a reliable movement of the piston for a reliable extrusion of pressure mass can be effected.
  • the coupling means may comprise a pump arranged to pump gas from the gap.
  • a partial vacuum can be effected in the intermediate space become.
  • the coupling between the piston and cap can be further increased and the accuracy of the control of the extrusion of pressure mass can be further improved.
  • the control unit may be arranged to determine that the cap of the cartridge in the holder is to be pulled towards the control side of the cartridge, in particular in order to interrupt the extrusion of printing material from the cartridge.
  • the control unit may for this purpose ensure that the gap is closed, so that movement of the piston is transmitted to the cap.
  • the control unit may cause the coupling means to close the gap gas-tight.
  • the control unit can also be set up to determine that the piston is to be moved out of the cylindrical cavity of the cartridge located in the holder, in particular in order to exchange the cartridge.
  • the control unit may then be arranged to cause the coupling means to open the gap so that gas can flow into the gap.
  • a food printer for printing a food on a shelf.
  • the food printer includes at least one of the printheads described in this document. Furthermore, the food printer comprises a control unit for controlling the one or more print heads.
  • the food printer may include moving means configured to place the one or more printheads at different points above the tray.
  • the controller may be configured to drive a printhead and the moving means in response to recipe data to extrude print mass from a cartridge for printing a foodstuff inserted in the printhead.
  • a method for extruding pressurized mass from a cartridge is described. The method may be performed by a control unit of a printhead and / or a food printer. The method includes inserting a piston from the control side of the cartridge the cap. In this case, the gap between the piston and the cap is opened during insertion. Additionally, the method includes moving the piston to extrude print mass from the cartridge.
  • the gap is at least temporarily closed gas-tight when moving the piston.
  • Figure 1 is a block diagram of a system for producing a food
  • Figure 2 is a block diagram of an exemplary printhead of a food printer with an inserted cartridge
  • FIG. 3 is a flow chart of an exemplary method of controlling the extrusion of pressurized mass from a food cartridge.
  • FIG. 1 shows a block diagram of an exemplary food printer 100.
  • the food printer 100 includes a printhead 120 that may be positioned at different locations over a print surface 104 by movement means 106 (e.g., along a rail).
  • the printhead 120 may be driven by a control unit 107 of the printer 100.
  • the control unit 107 may determine a 3D model of a food 105 to be printed (eg as recipe data). Further, the control unit 107 may drive the print head 120 and the moving means 106 in response to the 3D model to print a food 105 on the tray 104 having a shape corresponding to the 3D model.
  • the moving means 106 may be arranged to move the printhead 120 in parallel over the tray 104 (ie, in X and X directions) in the Y direction and / or in another coordinate system, such as a polar coordinate system with a radial direction and an angular direction).
  • the moving means 106 may be arranged to change the distance between the printhead 120 and the tray 104 (ie, move the printhead 120 in the Z-direction).
  • the storage surface 104 may be arranged in a cooking chamber 103 (eg in an oven).
  • the control unit 107 may be configured to control a cooking process of the food 105 in the cooking space 103.
  • a temperature of the cooking chamber 103 may be controlled, for example, to bake a food 105 and / or to cool a food 105.
  • the print head 120 makes it possible to receive a cartridge 102 with printing compound 108.
  • the printing compound 108 can be extruded and / or pushed out of the cartridge 102 by means of an actuator 110 of the print head 120 via a nozzle 101.
  • the nozzle 101 The nozzle
  • FIG. 2 shows an exemplary printhead 120 with a cartridge 102.
  • the cartridge
  • the print head 120 is preferably designed such that cartridges 102 can be exchanged flexibly and conveniently, e.g. to extrude different types of printing material 108 from different cartridges.
  • Cartridge 102 includes a, typically cylindrical, cartridge wall 221 which encloses a cavity for receiving pressurized mass 108.
  • a nozzle 101 may be arranged at a lower end of the cartridge 102.
  • This end of the cartridge 102 is referred to in this document as the extrusion side 332.
  • the cavity may be closed at the top with a cap 222.
  • the upper end of the cartridge 102 is referred to as the control side 331 in this document.
  • the cap 222 can be configured such that the cap 222 can be moved along the cartridge wall 221 in the direction of movement 212 shown in FIG. 2, in order to push the pressure mass 108 out of the cartridge 102 via the nozzle 101 or to pressure mass 108 on the cartridge Retract nozzle 101 (at least slightly).
  • a sealing element 205 (eg an O-ring) may be arranged at the contact point.
  • the printhead 120 has means with which the cap 222 of an inserted cartridge 102 can be moved to cause by movement of the cap 222 to the nozzle 101 toward an extrusion of pressure mass 108, and / or by a movement of the cap 222 away from the nozzle 101, the extrusion of pressure mass 108 without substantial delay, ie essentially immediately, to finish.
  • the print head 120 may have a piston 202 which can be brought to the cap 222 on the control side 331 of the cavity formed by the cartridge wall 221 facing away from the nozzle 101.
  • the piston 202 is connected to the actuator 110 (e.g., an electric motor) via a piston rod 201.
  • the actuator 110 is set up to move the piston rod 201 and thus the piston 202 along the direction of movement 212.
  • the piston rod 201 may be guided via a flange 206 fixed to the upper control side 331 of the cartridge 102.
  • the flange 206 may be part of a holder for the cartridge 102.
  • the control unit 107 of the printer 100 can be set up to control the actuator 110 in order to move the piston rod 201 toward the nozzle 101.
  • the piston 202 then presses on the cap 222 of the cartridge 102.
  • the cap 222 moves in response to the nozzle 101, so that via the nozzle 101 pressure mass 108 is pushed out of the cartridge 102.
  • the piston 202 may be sealed to the inside of the cartridge wall 221 via a sealing member 205 (eg, an O-ring).
  • a gas-tight gap 207 can be formed between the piston 202 and the cap 222.
  • the gas-tight gap 207 can be opened or closed. In this case, with a closed intermediate space 207, the fluid, in particular the air, is enclosed within the space 207.
  • an open gap 207 allows the supply of fluid, in particular air.
  • the gas-tight gap 207 is connected to the atmosphere via an air passage 203 which passes through the piston 202 and through the piston rod 201.
  • the air channel 203 can over a valve 204 is opened or closed, so that the gas-tight gap 207 is closed or opened.
  • the control unit 107 may be configured to open the valve 204 to connect the gap 207 between the piston 202 and the cap 222 with the atmosphere. On the other hand, the valve 204 can be closed to complete the gap 207, so that no further fluid, in particular no air, can get into the gap 207.
  • the piston 202 may be inserted into the cavity of the cartridge 102 formed by the cartridge wall 221 (eg, after inserting a new cartridge 102) to attach the piston 202 to the cap 222 of the cartridge 102 introduce.
  • the gap 207 between the piston 202 and the cap 222 may be opened, in particular by opening the valve 204, to allow free movement of the piston 202 relative to the cap 222.
  • the gap 207 may be sealed gas-tight, e.g. by closing the valve 204.
  • a force coupling between the piston 202 and the cap 222 can be effected.
  • the piston 202 is pulled away from the cap 222, the negative pressure forming in the intermediate space 207 causes a corresponding movement of the cap 222. It is thus enabled in an efficient and reliable manner that the piston 202 can cause both movement of the cap 222 towards the nozzle 101 and movement of the cap 222 away from the nozzle 101.
  • improved control of the extrusion of pressure mass 108 is enabled.
  • the gap 207 may be reopened (e.g., by opening the valve 204). The piston 202 can then be moved freely relative to the cap 222 again.
  • the printhead 103 may include a pump (not shown) for removing fluid (particularly air) from the gap 207 prior to closing the gap 207. pen.
  • a pump for removing fluid (particularly air) from the gap 207 prior to closing the gap 207. pen.
  • the print head 120 thus comprises a piston 202, which is movable in the vertical direction 212. Furthermore, the print head 120 has a cartridge 102, which can be replaced if necessary, but which is firmly connected to the print head 120 for the printing operation.
  • the piston 202 is connected to a piston rod 201, in particular to a threaded rod, wherein the piston rod 201, in particular the threaded rod, is driven by an actuator 110 in order to allow a vertical movement 212 of the piston 202.
  • an air channel 203 may be integrated, which can be sealed at an upper end with a pneumatic valve 204.
  • the piston 202 can seal airtight with the cartridge wall 221 by means of a sealing ring 205.
  • the cartridge 102 consists of a cartridge wall 221, a nozzle 101 (on the bottom or the extrusion side 332 of the cartridge 102) and a cover cap 222, which also closes airtight with the shell or the cartridge wall 221.
  • the food to be extruded or the mass 108 to be extruded e.g., a dough or porridge, or the like.
  • the valve 204 may remain closed during the entire printing process.
  • a negative pressure between the piston 202 and the cap 222 of the cartridge 102 may be effected when the piston 202 is pulled away from the cap 222.
  • the option to reliably stop the extrusion flow increases the forming capabilities for 3D food printing 105.
  • the valve 204 may be automatically opened.
  • the piston 202 can be returned without the cap 222 and the remaining contents of the cartridge 102 are sucked out with.
  • the opening of the valve 204 can be carried out automatically at interruption or at the end of the pressure.
  • a recipe or data for producing a foodstuff 105 may indicate to which one or more locations print mass 108 is to be extruded.
  • the amounts of pressure mass 108 to be extruded can be displayed. It can thus be given the shape of a food 105 to be printed.
  • the recipe or recipe data may include instructions regarding the control of the valve 204. In particular, it can be indicated when the gap 207 should be opened and / or closed.
  • a cartridge 102 By covering a cartridge 102 with a cap 222, it can be ensured that the piston 202 of a printhead 120 does not come into contact with the printing compound 108. Thus, contamination of a printer 100 can be reliably avoided.
  • the printhead 120 described in this document permits controlled retraction of the extruded printing stock 108. Thus, the molding capabilities and print quality of a food printer 100 can be increased. Furthermore, the measures described in this document allow the use of cartridges 102 for multiple printing operations. In particular, cartridges 102 that have been only partially emptied may be reused. Thus, the economy of a food printer 100 can be increased and the amount of waste reduced. Furthermore, the flexibility in the production of foods 105 can be increased.
  • FIG. 3 shows a flow chart of an exemplary method 300 for extruding print mass 108 from a cartridge 102, particularly to print a food 105.
  • the cartridge 102 has a cartridge wall 221 which encloses a cylindrical cavity for receiving edible printing material 108.
  • the cartridge wall 221 can in particular form a circular cylinder.
  • One end face of the cylinder may be referred to as the control side 231 and the other end face of the cylinder may be referred to as the extrusion side 232.
  • the control side 231 is located at the top and the extrusion side 232 at the bottom when the cartridge 102 is inserted into the printhead 120 of a food printer 100.
  • the cartridge 102 comprises on the control side 231 a cap 222 which can be moved along the axis of the cylindrical cavity in order to extrude pressure mass 108 from the cartridge 102 on the extrusion side 232 facing away from the control side 231.
  • the cap 222 can be further pressed on the inside of the cartridge wall 221 along the axis of the cylindrical cavity to the extrusion side 232 to pressure mass 108 from the cartridge 102 (in particular from a arranged on the extrusion side 232 nozzle 101 of the cartridge 102nd ) to push out.
  • the cap 222 With decreasing level of pressure mass 108 in the cartridge 102, the cap 222 is then moved further and further away from the control side 231 and toward the extrusion side 232.
  • the movement of the cap 222 can be effected by the piston 202 of a print head 120.
  • the method 300 comprises inserting a piston 202 from the control side 231 of the cartridge 102 onto the cap 222.
  • the piston 222 thereby contacts the outside of the cap 222, which faces away from the inside of the cap 222 (which contacts the printing compound 108) ,
  • the piston 202 may thus press on the cap 222 to move the cap 222 and thereby extrude pressurized mass 108.
  • the piston 202 and the cap 222 are each formed to terminate gas-tight with the cartridge wall 221.
  • sealing elements 205 in particular O-rings
  • a gap 207 which may be further limited by the cartridge wall 221.
  • This gap 207 may have a volume of nearly zero when the piston 202 rests directly on the outside of the cap 222.
  • the gap 207 may be formed such that the gap 207 can be opened so that gas can flow into the gap 207 or from the gap 207, and that the gap 207 can be closed in a gastight manner, so that substantially no gas in the Gap 207 and / or from the gap 207 can flow.
  • the gap 207 between the piston 202 and the cap 222 may be opened.
  • insertion 301 of the piston 202 is made possible without causing forces on the cap 222 of the cartridge 102 (could be driven by the pressurized mass 108 from the cartridge 102). It is thus a enables reliable positioning of the piston 202 in preparation for food pressure.
  • the method 300 further includes moving 302 the piston 202 to extrude print mass 108 from the cartridge 102.
  • the piston 202 can be pressed onto the cap 222 to extrude pressure mass 108.
  • the piston 202 may be pulled toward the control side 231 of the cartridge 102 (typically upwardly) to cause corresponding movement of the cap 222 and thereby rapidly and / or abruptly terminate extrusion of pressure mass 108.
  • the gap 207 may be at least temporarily closed gas-tight.
  • a movement of the piston 202 toward the control side 231 of the cartridge 102 may cause a vacuum to be created in the gap 207, which in turn causes movement of the cap 222 that corresponds to movement of the piston 202.
  • a coupling between the piston 202 and the cap 222 can be effected in order to allow precise control of the movement of the cap 222 and thus the extrusion of pressure mass 108.
  • the method 300 may include removing the piston 202 from the cylindrical cavity 303 (e.g., to replace the cartridge 102 in a printhead 120).
  • the gap 207 may be opened so that gas can flow into the gap 207.
  • the present invention is not limited to the embodiments shown. In particular, it should be understood that the description and figures are intended to illustrate only the principle of the proposed printer 100, the proposed printhead 120, and / or the proposed method 300.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
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Abstract

Es wirdein Druckkopf (120) für einen Nahrungsmitteldrucker (100) beschrieben. Der Druckkopf (120) umfasst eine Halterung zur Aufnahme einer Kartusche (102). Außerdem umfasst der Druckkopf (120) einen Kolben (202), der ausgebildet ist, in einen zylinderförmigen Hohlraum einer in der Halterung befindlichen Kartusche (102) eingeführt zu werden, um den Kolben (202) an eine Kappe (222) der Kartusche (102) heranzuführen. Außerdem umfasst der Druckkopf (120) einen Aktuator (110), der eingerichtet ist, den Kolben (202) entlang der Achse des zylinderförmigen Hohlraums zu bewegen. Der Druckkopf (120) umfasst ferner ein Kopplungs-Mittel (203, 204), das ausgebildet ist, einen Zwischenraum (207) zwischen dem Kolben (202) und der Kappe (222) gasdicht zu verschließen oder zu öffnen. Des Weiteren umfasst der Druckkopf (120) eine Steuereinheit (107), die eingerichtet ist, das Kopplungs-Mittel (203, 204) zu veranlassen, den Zwischenraum (207) in einer Druckpause zu öffnen und in einer Druckphase gasdicht zu verschließen.

Description

Druckkopf und Verfahren zur Extrusion von Druckmasse aus einer Nahrungsmittel-Kartusche
Die Erfindung betrifft einen Nahrungsmitteldrucker. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Druckkopf, einen Nahrungsmitteldrucker umfassend einen solchen Druckkopf und ein Verfahren zur Extrusion von Druckmasse aus einer Kartusche eines Nahrungsmitteldruckers.
Nahrungsmitteldrucker ermöglichen es einem Nutzer, eine Vielzahl von unterschiedlichen Nahrungsmitteln individuell zuzubereiten. Beispielsweise können durch einen Nahrungs- mitteldrucker unterschiedliche Backwaren individualisiert und bei Bedarf hergestellt werden.
Für unterschiedliche Nahrungsmittel werden unterschiedliche Druckmassen verwendet, die von einem Nahrungsmitteldrucker gedruckt und ggf. gegart werden. Die unterschiedli- chen Druckmassen können in unterschiedlichen Nahrungsmittel-Kartuschen bereitgestellt werden. Ein Nahrungsmitteldrucker kann Druckmasse aus den unterschiedlichen Kartuschen austreiben bzw. extrudieren, um ein Nahrungsmittel herzustellen.
Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, einen Druckkopf und ein Verfahren bereitzustellen, die es einem Nahrungsmitteldrucker ermöglichen, in zuverlässiger und präziser Weise Druckmasse aus einer Nahrungsmittel-Kartusche zu extrudieren, um ein qualitativ hochwertiges Nahrungsmittel zu drucken.
Die Aufgabe wird jeweils durch den Gegenstand jedes unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte und fakultative Ausführungsformen sind insbesondere in den abhängigen Patentansprüchen definiert, in nachfolgender Beschreibung beschrieben oder in der beigefügten Zeichnung dargestellt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Druckkopf für einen Nahrungsmitteldrucker beschrieben. Der Druckkopf kann dazu verwendet werden, essbare Druckmasse aus ein oder mehreren Kartuschen auf eine Ablagefläche zu extrudieren, um ein Nahrungsmittel zu drucken. Der Druckkopf umfasst eine Halterung zur Aufnahme zumindest einer Kartusche. Insbesondere kann der Druckkopf derart ausgebildet sein, dass unterschiedliche Kartuschen in die Halterung eingesetzt werden können und/oder das Kartuschen (durch einen Nutzer des Nahrungsmitteldruckers) ausgetauscht werden können. Dabei kann der Druckkopf ausgebildet sein, Kartuschen aufzunehmen, die bereits eine eigene Düse aufweisen, über die Druckmasse extrudiert werden kann. Insbesondere kann der Druckkopf derart ausgebildet sein, dass der Druckkopf für die Extrusion von Druckmasse aus einer Kartusche keine eigene Düse aufweist. Der Druckkopf kann somit derart ausgebildet sein, dass der Druckkopf nicht mit der Druckmasse einer Kartusche in Kontakt kommt. So kann eine Kontaminierung eines Nahrungsmitteldruckers durch Druckmasse zuverlässig vermieden werden.
Eine Kartusche, die in den Druckkopf eingesetzt werden kann, hat dabei typischerweise eine Zylinderform, insbesondere die Form eines Kreiszylinders oder eines Rechteckzylin- ders. Die Kartusche weist eine Kartuschen-Wand auf, die einen zylinderförmigen Hohlraum zur Aufnahme von essbarer Druckmasse umschließt. Der zylinderförmige Hohlraum kann an einer Seite der Kartusche, die in diesem Dokument als die Steuerseite bezeichnet wird, mit einer beweglichen Kappe abgeschlossen sein. Die Kappe kann dabei die Kartuschen-Wand gasdicht berühren. Insbesondere kann zwischen der Kappe und der Innenseite der Kartuschen-Wand ein Dichtelement angeordnet sein. Des Weiteren kann die Kartusche an einer gegenüberliegenden Seite eine Düse aufweisen, durch die Druckmasse aus der Kartusche gedrückt bzw. extrudiert werden kann. Diese Seite der Kartusche wird in diesem Dokument als Extrusionsseite bezeichnet. Die Kappe kann entlang der (Längs-) Achse des zylinderförmigen Hohlraums bewegt werden, um Druckmasse an der von der Steuerseite abgewandten Extrusionsseite aus der Kartusche zu extrudieren (z.B. über eine Düse der Kartusche).
Der Druckkopf ist typischerweise derart ausgebildet, dass sich die Achse des zylinderförmigen Hohlraums der Kartusche im Wesentlichen senkrecht zu der Ablagefläche erstreckt, auf die Druckmasse extrudiert wird, wenn sich die Kartusche in der Halterung des Druckkopfs befindet. Folglich befindet sich die Steuerseite einer Kartusche im eingesetzten Zustand typisch erweise oben und die Extrusionsseite unten. Der Druckkopf umfasst ferner einen Kolben, der ausgebildet ist, von der Steuerseite der Kartusche in den zylinderförmigen Hohlraum einer in der Halterung befindlichen Kartusche eingeführt zu werden, um den Kolben an die Kappe der Kartusche heranzuführen. Insbesondere kann der Kolben von oben in den zylinderförmigen Hohlraum eingeführt werden. Dabei kann die Kartusche derart ausgebildet sein, dass, auch wenn die Kappe voll befüllt ist, sich die Kartuschen-Wand zu der Steuerseite der Kartusche hin über die Position der Kappe hinaus erstreckt.
Der Kolben ist ausgebildet, gasdicht mit der Kartuschen-Wand abzuschließen. Zu diesem Zweck zwischen dem Kolben und der Innenseite der Kartuschen-Wand ein Dichtelement angeordnet sein. Es bildet sich somit zwischen dem Kolben und der Kappe innerhalb des zylinderförmigen Hohlraums ein (gasdichter) Zwischenraum. Dieser Zwischenraum hat bevorzugt ein Volumen von nahezu null, so dass der Kolben direkt auf der Kappe aufliegt. Der Zwischenraum ist derart ausgebildet, dass der Zwischenraum geöffnet werden kann, so dass Gas (insbesondere Luft) in den Zwischenraum oder aus dem Zwischenraum strömen kann. Das Öffnen des Zwischenraums kann dazu genutzt werden, den Kolben von der Kappe zu entkoppeln, so dass eine Bewegung des Kolbens von der Kappe weg im Wesentlichen nicht auf die Kappe übertragen wird. Andererseits kann der Zwischenraum gasdicht geschlossen werden, so dass über den Zwischenraum, insbesondere über einen Unterdruck im Zwischenraum, eine Kopplung zwischen dem Kolben und der Kappe entsteht. So kann insbesondere eine Bewegung des Kolbens von der Kappe weg auf die Kappe übertragen werden.
Der Zwischenraum kann somit derart ausgebildet sein, dass eine auf den Kolben in Richtung der Steuerseite der Kartusche wirkende Kraft (d.h. eine von der Extrusionsseite weg wirkende Kraft) zumindest teilweise auf die Kappe übertragen wird, wenn der Zwischenraum gasdicht verschlossen ist, und die Kraft im Wesentlichen nicht auf die Kappe übertragen wird, wenn der Zwischenraum für eine Gaszufuhr bzw. Gasentnahme geöffnet ist.
Der Druckkopf umfasst einen Aktuator (z.B. einen elektrischen Motor), der eingerichtet ist, den Kolben entlang der Achse des zylinderförmigen Hohlraums zu bewegen. Insbesondere kann der Kolben zur Extrusionsseite der Kartusche hin oder von der Extrusionsseite der Kartusche weg bewegt werden. Der Kolben kann somit insbesondere nach oben bzw. nach unten bewegt werden. Der Druckkopf umfasst ferner ein Kopplungs-Mittel, das ausgebildet ist, den Zwischenraum zwischen dem Kolben und der Kappe gasdicht zu verschließen oder zu öffnen. Das Kopplungs-Mittel kann insbesondere ein Ventil umfassen, das eingerichtet ist, einen gasleitenden Kanal bzw. eine Öffnung zu dem Zwischenraum zu öffnen oder zu schließen, um den Zwischenraum zu öffnen oder zu schließen.
Des Weiteren umfasst der Druckkopf eine Steuereinheit, die eingerichtet ist, das Kopplungs-Mittel zu veranlassen, den Zwischenraum in einer Druckpause zu öffnen und in einer Druckphase gasdicht zu verschließen. Beispielsweise kann während einer Druck- phase automatisch der Zwischenraum verschlossen werden. Des Weiteren kann nach Beendigung einer Druckphase, d.h. in einer Druckpause, der Zwischenraum automatisch geöffnet werden. Dabei erfolgt in einer Druckpause typischerweise keine Extrusion von Druckmasse. Beispielsweise kann eine Druckpause dazu verwendet werden, eine Kartusche in dem Druckkopf auszutauschen. Durch das Öffnen des Zwischenraums kann ein komfortabler Austausch einer Kartusche ermöglicht werden. Andererseits erfolgt während einer Druckphase typischerweise die Extrusion von Druckmasse. Durch das Schließen des Zwischenraums wird eine enge Kopplung zwischen dem Kolben und der Kappe einer Kartusche bewirkt, so dass Druckmasse mit hoher Genauigkeit extrudiert werden kann. So kann die (räumliche) Qualität eines gedruckten Nahrungsmittels erhöht werden.
Die Halterung des Druckkopfes kann eingerichtet sein, eine in der Halterung aufgenommene Kartusche an einer bestimmten Stelle an dem Druckkopf zu fixieren. So kann durch die Halterung eine Gegenkraft bewirkt werden, die einer auf die Kappe einwirkenden Kraft entgegenwirkt, so dass die Kappe der Kartusche (ggf. ohne Bewegung der Kartuschen- Wand) zu der Extrusionsseite der Kartusche hin bewegt werden kann, um Druckmasse aus der Kartusche in der Halterung zu extrudieren, und/oder von der Extrusionsseite der Kartusche weg bewegt werden kann, um die Extrusion von Druckmasse zu unterbrechen. Die Halterung kann somit eingerichtet sein, eine Kartusche an dem Druckkopf zu fixieren, wenn der Kolben des Druckkopfes auf die Kappe der Kartusche drückt. Des Weiteren kann die Halterung ausgebildet sein, eine Kartusche an dem Druckkopf zu fixieren, wenn der Kolben des Druckkopfes an der Kappe der Kartusche zieht. Die Halterung des Druckkopfes kann somit als Vorrichtung zur Fixierung zumindest einer Kartusche an dem Druckkopf ausgebildet sein. Der Kolben kann eine durch den Kolben verlaufende Öffnung bzw. einen durch den Kolben verlaufenden Kanal aufweisen, durch die bzw. durch den Gas in den Zwischenraum gelangen kann. Das Kopplungs-Mittel kann ausgebildet sein, die Öffnung bzw. den Kanal zu verschließen oder zu öffnen (z.B. mittels eines Ventils). Die Öffnung bzw. der Kanal können z.B. den Zwischenraum mit der Umgebung der Kartusche bzw. mit der Atmosphäre verbinden. Durch die Bereitstellung einer Öffnung bzw. eines Kanals kann ein effizientes Öffnen/Schließen des Zwischenraums ermöglicht werden.
Der Kolben kann mit einer Kolbenstange verbunden sein. Der Aktuator kann ausgebildet sein, den Kolben mittelbar über die Kolbenstange zu bewegen. Die Öffnung durch den Kolben kann als Luftkanal durch die Kolbenstange verlaufen. Das Ventil zum Öffnen bzw. Schließen des Zwischenraums kann an der Kolbenstange (z.B. an einem von dem Kolben abgewandten Ende der Kolbenstange) angeordnet sein. So kann in bauraumeffizienter Weise ein Kanal zu dem Zwischenraum bereitgestellt werden.
Die Halterung für eine Kartusche kann ein Fixier- und/oder Führungs-Mittel (z.B. einen Flansch) umfassen, das eingerichtet ist, eine in der Halterung befindliche Kartusche an der Steuerseite der Kartusche zu fixieren und/oder das eingerichtet ist, die Kolbenstange zu führen. Insbesondere kann das Fixier- und/oder Führungs-Mittel eingerichtet sein, die Kartusche an der Steuerseite der Kartusche zu fixieren (z.B. durch eine Platte). Des Weiteren kann die Kolbenstange an dieser Stelle (z.B. durch ein Loch in der Platte) geführt werden, um eine zuverlässige Bewegung des Kolbens zu ermöglichen. So kann die Steuerung der Extrusion von Druckmasse weiter verbessert werden. Die Kolbenstange kann ein Gewinde aufweisen. Der Aktuator kann ausgebildet sein, die Kolbenstange über das Gewinde entlang der Achse des zylindrischen bzw. zylinderförmigen Hohlraums einer in der Halterung befindlichen Kartusche in beide Richtungen (d.h. hoch und runter) zu bewegen. Dies kann z.B. über ein Schneckengewinde erfolgen. So kann eine zuverlässige Bewegung des Kolbens für eine zuverlässige Extrusion von Druckmasse bewirkt werden.
Das Kopplungs-Mittel kann eine Pumpe umfassen, die eingerichtet ist, Gas aus dem Zwischenraum zu pumpen. So kann in dem Zwischenraum zumindest ein Teilvakuum bewirkt werden. Dadurch können die Kopplung zwischen Kolben und Kappe weiter erhöht und die Genauigkeit der Steuerung der Extrusion von Druckmasse weiter verbessert werden.
Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, zu bestimmen, dass die Kappe der in der Halterung befindlichen Kartusche in Richtung der Steuerseite der Kartusche gezogen werden soll, insbesondere um die Extrusion von Druckmasse aus der Kartusche zu unterbrechen. Die Steuereinheit kann zu diesem Zweck sicherstellen, dass der Zwischenraum geschlossen ist, so dass eine Bewegung des Kolbens auf die Kappe übertragen wird. Insbesondere kann die Steuereinheit die Kopplungs-Mittel veranlassen, den Zwischenraum gasdicht zu verschließen.
Die Steuereinheit kann ferner eingerichtet sein, zu bestimmen, dass der Kolben aus dem zylinderförmigen Hohlraum der in der Halterung befindlichen Kartusche herausgefahren werden soll, insbesondere um die Kartusche auszutauschen. Die Steuereinheit kann dann eingerichtet sein, die Kopplungs-Mittel zu veranlassen, den Zwischenraum zu öffnen, so dass Gas in den Zwischenraum strömen kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Nahrungsmitteldrucker zum Druck eines Nahrungsmittels auf einer Ablagefläche beschrieben. Der Nahrungsmitteldrucker umfasst zumindest einen der in diesem Dokument beschriebenen Druckköpfe. Des Weite- ren umfasst der Nahrungsmitteldrucker eine Steuereinheit zur Steuerung der ein oder mehreren Druckköpfe.
Außerdem kann der Nahrungsmitteldrucker Bewegungsmittel umfassen, die eingerichtet sind, die ein oder mehreren Druckköpfe an unterschiedlichen Punkten über der Ablageflä- che zu platzieren. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, einen Druckkopf und die Bewegungsmittel in Abhängigkeit von Rezeptdaten anzusteuern, um Druckmasse aus einer in den Druckkopf eingesetzten Kartusche für den Druck eines Nahrungsmittels zu extrudieren. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Extrudieren von Druckmasse aus einer Kartusche beschrieben. Das Verfahren kann durch eine Steuereinheit eines Druckkopfes und/oder eines Nahrungsmitteldruckers ausgeführt werden. Das Verfahren umfasst das Einführen eines Kolbens von der Steuerseite der Kartusche her an die Kappe. Dabei ist beim Einführen der Zwischenraum zwischen dem Kolben und der Kappe geöffnet. Außerdem umfasst das Verfahren das Bewegen des Kolbens, um Druckmasse aus der Kartusche zu extrudieren. Dabei ist beim Bewegen des Kolbens der Zwischenraum zumindest zeitweise gasdicht geschlossen ist. Es ist zu beachten, dass jegliche Aspekte des in diesem Dokument beschriebenen Druckkopfes bzw. des in diesem Dokument beschriebenen Verfahrens in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden können. Insbesondere können die Merkmale der Patentansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
Figur 1 ein Blockdiagramm eines Systems zur Herstellung eines Nahrungsmittels;
Figur 2 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Druckkopfes eines Nahrungsmitteldru- ckers mit einer eingesetzten Kartusche; und
Figur 3 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Steuerung der Extrusion von Druckmasse aus einer Nahrungsmittel-Kartusche.
Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der zuverlässigen und präzisen Extrusion von Druckmasse aus einer Nahrungsmittel-Kartusche bei der Herstellung eines Nahrungsmittels in einem Nahrungsmitteldrucker. In diesem Zusammenhang zeigt Fig. 1 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Nahrungsmitteldruckers 100. Der Nahrungsmitteldrucker 100 umfasst einen Druckkopf 120, der mit Bewegungsmitteln 106 (z.B. entlang einer Schiene) an unterschiedliche Stellen über einer Druckfläche bzw. Ablagefläche 104 positioniert werden kann. Der Druckkopf 120 kann durch eine Steuereinheit 107 des Druckers 100 angesteuert werden.
Die Steuereinheit 107 kann ein 3D Modell eines zu druckenden Nahrungsmittels 105 ermitteln (z.B. als Rezeptdaten). Des Weiteren kann die Steuereinheit 107 den Druckkopf 120 und die Bewegungsmittel 106 in Abhängigkeit von dem 3D Modell ansteuern, um ein Nahrungsmittel 105 auf der Ablagefläche 104 zu drucken, das eine dem 3D Modell entsprechende Form aufweist. Zu diesem Zweck können die Bewegungsmittel 106 eingerichtet sein, den Druckkopf 120 parallel über der Ablagefläche 104 zu bewegen (d.h. in X- und in Y-Richtung und/oder in einem anderen Koordinatensystem, wie z.B. einem polaren Koordinatensystem mit einer Radialrichtung und einer Winkelrichtung). Des Weiteren können die Bewegungsmittel 106 eingerichtet sein, den Abstand zwischen Druckkopf 120 und Ablagefläche 104 zu verändern (d.h. den Druckkopf 120 in Z-Richtung zu bewegen). Die Ablagefläche 104 kann in einem Garraum 103 (z.B. in einem Ofen) angeordnet sein. Die Steuereinheit 107 kann eingerichtet sein, einen Garprozess des Nahrungsmittels 105 in dem Garraum 103 zu steuern. Insbesondere kann eine Temperatur des Garraums 103 gesteuert bzw. geregelt werden, z.B. um ein Nahrungsmittel 105 zu backen und/oder um ein Nahrungsmittel 105 zu kühlen.
Der Druckkopf 120 ermöglicht es, eine Kartusche 102 mit Druckmasse 108 aufzunehmen. Die Druckmasse 108 kann mittels eines Aktuators 1 10 des Druckkopfs 120 über eine Düse 101 aus der Kartusche 102 extrudiert und/oder herausgedrückt werden. Die Düse
101 kann Teil der Kartusche 102 sein.
Fig. 2 zeigt einen beispielhaften Druckkopf 120 mit einer Kartusche 102. Die Kartusche
102 kann an einer Halterung des Druckkopfs 120 (nicht dargestellt) an dem Druckkopf 120 befestigt werden. Dabei ist der Druckkopf 120 bevorzugt derart ausgebildet, dass Kartuschen 102 flexibel und komfortabel ausgetauscht werden können, z.B. um aus unter- schiedlichen Kartuschen unterschiedliche Typen von Druckmasse 108 zu extrudieren.
Die Kartusche 102 umfasst eine, typischerweise zylinderförmige, Kartuschen-Wand 221 , die einen Hohlraum zur Aufnahme von Druckmasse 108 umschließt. An einem unteren Ende der Kartusche 102 kann eine Düse 101 angeordnet sein. Dieses Ende der Kartu- sehe 102 wird in diesem Dokument als die Extrusionsseite 332 bezeichnet. Andererseits kann der Hohlraum nach oben hin mit einer Kappe 222 abgeschlossen sein. Das obere Ende der Kartusche 102 wird in diesem Dokument als die Steuerseite 331 bezeichnet. Die Kappe 222 kann derart ausgebildet sein, dass die Kappe 222 entlang der Kartuschen- Wand 221 in der in Fig. 2 dargestellten Bewegungsrichtung 212 bewegt werden kann, um Druckmasse 108 über die Düse 101 aus der Kartusche 102 zu drücken oder um Druckmasse 108 an der Düse 101 (zumindest leicht) zurückzuziehen. Das Zurückziehen von Druckmasse 108 kann dazu genutzt werden, die Extrusion von Druckmasse 108 schnell zu beenden. So kann die Genauigkeit des Drucks eines Nahrungsmittels 105 erhöht wer- den. Zur Abdichtung der Kontaktstelle zwischen der Kappe 222 und der Innenseite der Kartuschen-Wand 221 kann an der Kontaktstelle ein Dichtungselement 205 (z.B. ein O- Ring) angeordnet sein.
Der Druckkopf 120 weist Mittel auf, mit denen die Kappe 222 einer eingesetzten Kartu- sehe 102 bewegt werden kann, um durch eine Bewegung der Kappe 222 zur Düse 101 hin eine Extrusion von Druckmasse 108 zu bewirken, und/oder um durch eine Bewegung der Kappe 222 von der Düse 101 weg die Extrusion von Druckmasse 108 ohne substantielle Verzögerung, d.h. im Wesentlichen sofort, zu beenden. Insbesondere kann der Druckkopf 120 einen Kolben 202 aufweisen, der an der von der Düse 101 abgewandten Steuerseite 331 des durch die Kartuschen-Wand 221 gebildeten Hohlraums an die Kappe 222 herangeführt werden kann. Der Kolben 202 ist über eine Kolbenstange 201 mit dem Aktuator 1 10 (z.B. mit einem elektrischen Motor) verbunden. Der Aktuator 1 10 ist eingerichtet, die Kolbenstange 201 und damit den Kolben 202 ent- lang der Bewegungsrichtung 212 zu bewegen. Die Kolbenstange 201 kann über einen an der oberen Steuerseite 331 der Kartusche 102 fixierten Flansch 206 geführt werden. Der Flansch 206 kann Teil einer Halterung für die Kartusche 102 sein.
Die Steuereinheit 107 des Druckers 100 kann eingerichtet sein, den Aktuator 1 10 anzu- steuern, um die Kolbenstange 201 zur Düse 101 hin zu bewegen. Der Kolben 202 drückt dann auf die Kappe 222 der Kartusche 102. Die Kappe 222 bewegt sich in Reaktion darauf zur Düse 101 hin, so dass über die Düse 101 Druckmasse 108 aus der Kartusche 102 herausgedrückt wird. Der Kolben 202 kann über ein Dichtungselement 205 (z.B. einen O-Ring) zur Innenseite der Kartuschen-Wand 221 abgedichtet sein. Es kann somit zwischen dem Kolben 202 und der Kappe 222 ein gasdichter Zwischenraum 207 gebildet werden. Der gasdichte Zwischenraum 207 kann geöffnet oder geschlossen werden. Dabei ist bei einem geschlossenen Zwischenraum 207 das Fluid, insbesondere die Luft, innerhalb des Raums 207 eingeschlossen. Andererseits ermöglicht ein geöffneter Zwischenraum 207 die Zufuhr von Fluid, insbesondere von Luft. In dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel ist der gasdichte Zwischenraum 207 über einen Luftkanal 203, der durch den Kolben 202 und durch die Kolbenstange 201 verläuft, mit der Atmosphäre verbunden. Der Luftkanal 203 kann über ein Ventil 204 geöffnet oder geschlossen werden, so dass der gasdichte Zwischenraum 207 geschlossen oder geöffnet wird.
Die Steuereinheit 107 kann eingerichtet sein, das Ventil 204 zu öffnen, um den Zwischenraum 207 zwischen dem Kolben 202 und der Kappe 222 mit der Atmosphäre zu verbin- den. Andererseits kann das Ventil 204 geschlossen werden, um den Zwischenraum 207 abzuschließen, so dass kein weiteres Fluid, insbesondere keine Luft, in den Zwischenraum 207 gelangen kann.
Im Rahmen des Betriebs eines Druckers 100 kann der Kolben 202 (z.B. nach dem Einset- zen einer neuen Kartusche 102) in den durch die Kartuschen-Wand 221 gebildeten Hohlraum der Kartusche 102 eingeführt werden, um den Kolben 202 an die Kappe 222 der Kartusche 102 heranzuführen. Der Zwischenraum 207 zwischen dem Kolben 202 und der Kappe 222 kann dabei, insbesondere durch Öffnen des Ventils 204, geöffnet sein, um eine freie Bewegung des Kolbens 202 relativ zu der Kappe 222 zu ermöglichen.
Nachdem der Kolben 202 an der Kappe 222 platziert wurde, kann für den Druckbetrieb der Zwischenraum 207 gasdicht verschlossen werden, z.B. durch Schließen des Ventils 204. Infolge dessen kann eine Kraft-Kopplung zwischen dem Kolben 202 und der Kappe 222 bewirkt werden. Insbesondere kann so erreicht werden, dass wenn der Kolben 202 von der Kappe 222 weggezogen wird, der sich im Zwischenraum 207 bildende Unterdruck eine entsprechende Bewegung der Kappe 222 bewirkt. Es wird somit in effizienter und zuverlässiger Weise ermöglicht, dass der Kolben 202 sowohl eine Bewegung der Kappe 222 zur Düse 101 hin als auch eine Bewegung der Kappe 222 von der Düse 101 weg bewirken kann. Es wird somit eine verbesserte Steuerung der Extrusion von Druckmasse 108 ermöglicht.
Zum Ausführen des Kolbens 202 aus einer Kartusche 102 (z.B. um eine andere Kartusche 102 in den Druckkopf 102 einsetzten zu können) kann der Zwischenraum 207 wieder geöffnet werden (z.B. durch Öffnen des Ventils 204). Der Kolben 202 kann dann wie- der frei relativ zu der Kappe 222 bewegt werden.
Der Druckkopf 103 kann eine Pumpe (nicht dargestellt) aufweisen, um vor Schließen des Zwischenraums 207 Fluid (insbesondere Luft) aus dem Zwischenraum 207 herauszupum- pen. So kann die Kopplung zwischen dem Kolben 202 und der Kappe 222 weiter verbessert werden.
Der Druckkopf 120 umfasst somit einen Kolben 202, der in vertikaler Richtung 212 beweglich ist. Des Weiteren weist der Druckkopf 120 eine Kartusche 102 auf, die ggf. ausgewechselt werden kann, die aber für den Druckbetrieb fest mit dem Druckkopf 120 verbunden ist. Der Kolben 202 ist mit einer Kolbenstange 201 , insbesondere mit einer Gewindestange, verbunden, wobei die Kolbenstange 201 , insbesondere die Gewindestange, von einem Aktuator 1 10 angetrieben wird, um eine vertikale Bewegung 212 des Kolbens 202 zu ermöglichen. In die Kolbenstange 201 kann ein Luftkanal 203 integriert sein, welcher an einem oberen Ende mit einem Pneumatik-Ventil 204 abgedichtet werden kann. Der Kolben 202 kann mit Hilfe eines Dichtrings 205 luftdicht mit der Kartuschen- Wand 221 abschließen.
Die Kartusche 102 besteht aus einer Hülle bzw. Kartuschen-Wand 221 , einer Düse 101 (auf der Unterseite bzw. der Extrusionsseite 332 der Kartusche 102) und einer Abdeckkappe 222, welche ebenfalls luftdicht mit der Hülle bzw. der Kartuschen-Wand 221 abschließt. In der Kartusche 102 befindet sich das zu extrudierende Lebensmittel bzw. die zu extrudierende Druckmasse 108 (z.B. ein Teig oder Brei, oder ähnliches). Das Ventil 204 kann bei dem gesamten Druckvorgang geschlossen bleiben. So kann ein Unterdruck zwischen dem Kolben 202 und der Abdeckkappe 222 der Kartusche 102 bewirkt werden, wenn der Kolben 202 von der Kappe 222 weggezogen wird. Durch diesen Unterdruck kann der Extrusionsfluss des Lebensmittels 108 bei Bedarf zeitweise gestoppt werden. Die Option, den Extrusionsfluss zuverlässig zu stoppen, erhöht die Formgebungsmöglichkeiten für den 3D Druck von Nahrungsmitteln 105.
Nach Abschluss des Drucks kann das Ventil 204 automatisch geöffnet werden. Somit kann der Kolben 202 zurückgeführt werden, ohne dass die Abdeckkappe 222 und der verbleibende Inhalt der Kartusche 102 mit hinausgesogen werden. Dadurch ist es mög- lieh, eine Kartusche 202, welche während eines Druckprozesses nur teilweise entleert wurde, für einen weiteren Druckprozess zu verwenden. Das Öffnen des Ventils 204 kann automatisch bei Unterbrechung bzw. bei Beendigung des Drucks erfolgen. Ein Rezept bzw. Rezeptdaten zur Herstellung eines Nahrungsmittels 105 können anzeigen, an welchen ein oder mehreren Positionen Druckmasse 108 extrudiert werden soll. Des Weiteren können die Mengen an Druckmasse 108 angezeigt werden, die extrudiert werden soll. Es kann somit die Form eines zu druckenden Nahrungsmittels 105 vorgegeben werden. Außerdem können das Rezept bzw. die Rezeptdaten Anweisungen bezüg- lieh der Steuerung des Ventils 204 umfassen. Insbesondere kann anzeigt werden, wann der Zwischenraum 207 geöffnet und/oder geschlossen werden soll.
Durch die Abdeckung einer Kartusche 102 mit einer Kappe 222 kann gewährleistet werden, dass der Kolben 202 eines Druckkopfes 120 nicht mit der Druckmasse 108 in Kon- takt kommt. So können Verunreinigungen eines Druckers 100 zuverlässig vermieden werden. Der in diesem Dokument beschriebene Druckkopf 120 ermöglicht ein kontrolliertes Zurückziehen der extrudierten Druckmasse 108. So können die Formgebungsmöglichkeiten und die Druckqualität eines Nahrungsmitteldruckers 100 erhöht werden. Des Weiteren ermöglichen die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen die Verwendung von Kartuschen 102 für mehrere Druckvorgänge. Insbesondere können Kartuschen 102, die nur teilweise entleert wurden, wiederverwendet werden. So können die Wirtschaftlichkeit eines Nahrungsmitteldruckers 100 erhöht und die Menge an Abfall reduziert werden. Des Weiteren kann so die Flexibilität bei der Herstellung von Nahrungsmitteln 105 erhöht werden.
Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 300 zum Extrudieren von Druckmasse 108 aus einer Kartusche 102, insbesondere um ein Nahrungsmittel 105 zu drucken. Die Kartusche 102 weist eine Kartuschen-Wand 221 auf, die einen zylinderförmigen Hohlraum zur Aufnahme von essbarer Druckmasse 108 umschließt. Dabei kann die Kartuschen-Wand 221 insbesondere einen Kreiszylinder bilden. Eine Stirnfläche des Zylinders kann als Steuerseite 231 und die andere Stirnfläche des Zylinders kann als Extrusionsseite 232 bezeichnet werden. Typischerweise ist die Steuerseite 231 oben und die Extrusionsseite 232 unten angeordnet, wenn die Kartusche 102 in den Druckkopf 120 eines Nahrungsmitteldruckers 100 eingesetzt ist.
Die Kartusche 102 umfasst an der Steuerseite 231 eine Kappe 222, die entlang der Achse des zylinderförmigen Hohlraums bewegt werden kann, um Druckmasse 108 an der von der Steuerseite 231 abgewandten Extrusionsseite 232 aus der Kartusche 102 zu extrudie- ren. Die Kappe 222 kann dabei weiter an der Innenseite der Kartuschen-Wand 221 entlang der Achse des zylinderförmigen Hohlraums zu der Extrusionsseite 232 gedrückt werden, um Druckmasse 108 aus der Kartusche 102 (insbesondere aus einer an der Extrusionsseite 232 angeordneten Düse 101 der Kartusche 102) herauszudrücken. Mit abnehmendem Füllstand an Druckmasse 108 in der Kartusche 102 wird dann die Kappe 222 immer weiter von der Steuerseite 231 weg und zu der Extrusionsseite 232 hin bewegt. Die Bewegung der Kappe 222 kann dabei durch den Kolben 202 eines Druckkopfes 120 bewirkt werden.
Das Verfahren 300 umfasst das Einführen 301 eines Kolbens 202 von der Steuerseite 231 der Kartusche 102 her an die Kappe 222. Der Kolben 222 berührt dabei die Außenseite der Kappe 222, die von der Innenseite der Kappe 222 (die die Druckmasse 108 berührt) abgewandt ist. Der Kolben 202 kann somit auf die Kappe 222 drücken, um die Kappe 222 zu bewegen und um dadurch Druckmasse 108 zu extrudieren. Der Kolben 202 und die Kappe 222 sind jeweils ausgebildet, gasdicht mit der Kartuschen- Wand 221 abzuschließen. Zu diesem Zweck können zwischen dem Kolben 202 und der Innenseite der Kartuschen-Wand 221 bzw. zwischen der Kappe 222 und der Innenseite der Kartuschen-Wand 221 Dichtelemente 205 (insbesondere O-Ringe) angeordnet sein. Es entsteht dann zwischen dem Kolben 202 und der Kappe 222 ein Zwischenraum 207, der weiter durch die Kartuschen-Wand 221 begrenzt sein. Dieser Zwischenraum 207 kann ein Volumen von nahezu Null aufweisen, wenn der Kolben 202 direkt auf der Außenseite der Kappe 222 aufliegt. Der Zwischenraum 207 kann derart ausgebildet sein, dass der Zwischenraum 207 geöffnet werden kann, so dass Gas in den Zwischenraum 207 bzw. aus dem Zwischenraum 207 strömen kann, und dass der Zwischenraum 207 gasdicht geschlossen werden kann, so dass im Wesentlichen kein Gas in den Zwischenraum 207 und/oder aus dem Zwischenraum 207 strömen kann.
Beim Einführen 301 des Kolbens 202 kann der Zwischenraum 207 zwischen dem Kolben 202 und der Kappe 222 geöffnet sein. So wird ein Einführen 301 des Kolbens 202 ermöglicht, ohne dass dabei Kräfte auf die Kappe 222 der Kartusche 102 bewirkt werden (durch die Druckmasse 108 aus der Kartusche 102 getrieben werden könnte). Es wird somit eine zuverlässige Positionierung des Kolbens 202 in Vorbereitung auf einen Nahrungsmitteldruck ermöglicht.
Das Verfahren 300 umfasst ferner das Bewegen 302 des Kolbens 202, um Druckmasse 108 aus der Kartusche 102 zu extrudieren. Dabei kann der Kolben 202 auf die Kappe 222 gedrückt werden, um Druckmasse 108 zu extrudieren. Andererseits kann der Kolben 202 in Richtung zur Steuerseite 231 der Kartusche 102 gezogen werden (typischerweise nach oben), um eine entsprechende Bewegung der Kappe 222 zu bewirken und um dadurch eine Extrusion von Druckmasse 108 rasch und/oder abrupt zu beenden. Beim Bewegen 302 des Kolbens 202 kann der Zwischenraum 207 zumindest zeitweise gasdicht geschlossen sein. So kann bewirkt werden, dass bei einer Bewegung des Kolbens 202 in Richtung zur Steuerseite 231 der Kartusche 102 ein Unterdruck in dem Zwischenraum 207 bewirkt wird, der wiederum eine Bewegung der Kappe 222 bewirkt, die der Bewegung des Kolbens 202 entspricht. Es kann somit durch gasdichtes Schließen des Zwischenraums 207 eine Kopplung zwischen Kolben 202 und Kappe 222 bewirkt werden, um eine präzise Steuerung der Bewegung der Kappe 222 und damit der Extrusion von Druckmasse 108 zu ermöglichen.
Außerdem kann das Verfahren 300 das Herausführen 303 des Kolbens 202 aus dem zylinderförmigen Hohlraum umfassen (z.B. um die Kartusche 102 in einem Druckkopf 120 auszutauschen). Beim Herausführen 303 kann der Zwischenraum 207 geöffnet sein, so dass Gas in den Zwischenraum 207 strömen kann. So können eine komfortable Entnahme und die Wiederverwendung einer Kartusche 102 ermöglicht werden. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip des vorgeschlagenen Druckers 100, des vorgeschlagenen Druckkopfes 120 und/oder des vorgeschlagenen Verfahrens 300 veranschaulichen sollen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Druckkopf (120) für einen Nahrungsmitteldrucker (100), wobei der Druckkopf (120) umfasst,
eine Halterung zur Aufnahme einer Kartusche (102); wobei die Kartusche (102) eine Kartuschen-Wand (221 ) aufweist, die einen zylinderförmigen Hohlraum zur Aufnahme von essbarer Druckmasse (108) umschließt, und wobei die Kartusche (102) an einer Steuerseite (231 ) der Kartusche (102) eine Kappe (222) umfasst, die entlang einer Achse des zylinderförmigen Hohlraums bewegt werden kann, um Druckmasse (108) an einer von der Steuerseite (231 ) abgewandten Extrusionsseite (232) aus der Kartusche (102) zu extrudieren;
einen Kolben (202), der ausgebildet ist, von der Steuerseite (231 ) der Kartusche (102) in den zylinderförmigen Hohlraum einer in der Halterung befindlichen Kartusche (102) eingeführt zu werden, um den Kolben (202) an die Kappe (222) der Kartusche (102) heranzuführen; wobei der Kolben (202) ausgebildet ist, gasdicht mit der Kartuschen-Wand (221 ) abzuschließen;
einen Aktuator (1 10), der eingerichtet ist, den Kolben (202) entlang der Achse des zylinderförmigen Hohlraums zu bewegen;
ein Kopplungs-Mittel (203, 204), das ausgebildet ist, einen Zwischenraum (207) zwischen dem Kolben (202) und der Kappe (222) gasdicht zu verschließen oder zu öffnen; und
eine Steuereinheit (107), die eingerichtet ist, das Kopplungs-Mittel (203, 204) zu veranlassen, den Zwischenraum (207) in einer Druckpause zu öffnen und in einer Druckphase gasdicht zu verschließen.
Druckkopf (120) gemäß Anspruch 1 , wobei
der Kolben (202) einen durch den Kolben (202) verlaufenden Kanal (203) aufweist, durch die Gas in den Zwischenraum (207) gelangen kann; und
das Kopplungs-Mittel (203, 204) ausgebildet ist, den Kanal (203) zu verschließen oder zu öffnen. Druckkopf (120) gemäß Anspruch 2, wobei
der Kolben (202) mit einer Kolbenstange (201 ) verbunden ist;
der Aktuator (1 10) ausgebildet ist, den Kolben (202) mittelbar über die Kolbenstange (201 ) zu bewegen; und
der Kanal (203) durch die Kolbenstange (201 ) verläuft.
Druckkopf (120) gemäß Anspruch 3, wobei die Halterung ein Fixier- und/oder Führungs-Mittel (206) umfasst, das eingerichtet ist, eine in der Halterung befindliche Kartusche (102) an der Steuerseite (231 ) der Kartusche (102) zu fixieren und/oder das eingerichtet ist, die Kolbenstange (201 ) zu führen.
Druckkopf (120) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 4, wobei
die Kolbenstange (201 ) ein Gewinde aufweist; und
der Aktuator (1 10) ausgebildet ist, die Kolbenstange (201 ) über das Gewinde entlang der Achse des zylindrischen Hohlraums einer in der Halterung befindlichen Kartusche (102) in beide Richtungen (212) zu bewegen.
Druckkopf (120) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei das Kopplungs-Mittel (203, 204) ein Ventil (204) umfasst, das eingerichtet ist, den Kanal (203) zu schließen oder zu öffnen.
Druckkopf (120) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zwischenraum (207) derart ausgebildet ist, dass eine auf den Kolben (202) in Richtung der Steuerseite (231 ) der Kartusche (102) wirkende Kraft zumindest teilweise auf die Kappe (222) übertragen wird, wenn der Zwischenraum (207) gasdicht verschlossen ist, und im Wesentlichen nicht auf die Kappe (222) übertragen wird, wenn der Zwischenraum (207) für eine Gaszufuhr geöffnet ist.
Druckkopf (120) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kopplungs-Mittel (203, 204) eine Pumpe umfasst, die eingerichtet ist, Gas aus dem Zwischenraum (207) zu pumpen.
9. Druckkopf (120) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (107) eingerichtet ist,
- zu bestimmen, dass die Kappe (202) der in der Halterung befindlichen Kartusche (102) in Richtung der Steuerseite (231 ) der Kartusche (102) gezogen werden soll, insbesondere um die Extrusion von Druckmasse (108) aus der Kartusche (102) zu unterbrechen; und
- in Reaktion darauf, die Kopplungs-Mittel (203, 204) zu veranlassen, den Zwischenraum (207) gasdicht zu verschließen.
10. Druckkopf (120) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (107) eingerichtet ist,
- zu bestimmen, dass der Kolben (202) aus dem zylinderförmigen Hohlraum der in der Halterung befindlichen Kartusche (102) herausgefahren werden soll, insbesondere um die Kartusche (102) auszutauschen; und
- in Reaktion darauf, die Kopplungs-Mittel (203, 204) zu veranlassen, den Zwischenraum (207) zu öffnen, so dass Gas in den Zwischenraum (207) strömen kann.
1 1 . Druckkopf (120) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Druckkopf (120) derart ausgebildet ist, dass unterschiedliche Kartuschen (102) in die Halterung eingesetzt werden können.
12. Druckkopf (120) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Druckkopf (120) derart ausgebildet ist, dass sich die Achse des zylinderförmigen Hohlraums der Kartusche (102) im Wesentlichen senkrecht zu einer Ablagefläche (104) erstreckt, auf die Druckmasse (108) extrudiert wird, wenn sich die Kartusche (102) in der Halterung befindet.
13. Druckkopf (120) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Druckkopf (120),
- ausgebildet ist, eine Kartusche (102) aufzunehmen, die an der Extrusionsseite (232) eine Düse (102) aufweist, über die Druckmasse (108) extrudiert werden kann; und/oder
- für eine in die Halterung eingesetzte Kartusche (102) keine Düse (101 ) umfasst, die nicht Teil der Kartusche (102) ist.
14. Nahrungsmitteldrucker (100) zum Druck eines Nahrungsmittels (105) auf einer Ablagefläche (104), wobei der Nahrungsmitteldrucker (100) umfasst,
- einen Druckkopf (120) mit einer Steuereinheit (107) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche; und
- Bewegungsmittel (106), die eingerichtet sind, den Druckkopf (120) an unterschiedlichen Punkten über der Ablagefläche (104) zu platzieren; wobei die Steuereinheit (107) eingerichtet ist, den Druckkopf (120) und die Bewegungsmittel (106) in Abhängigkeit von Rezeptdaten anzusteuern, um Druckmasse (108) aus einer in den Druckkopf (120) eingesetzten Kartusche (102) für den Druck eines Nah- rungsmittels (105) zu extrudieren.
15. Verfahren (300) zum Extrudieren von Druckmasse (108) aus einer Kartusche (102); wobei die Kartusche (102) eine Kartuschen-Wand (221 ) aufweist, die einen zylinderförmigen Hohlraum zur Aufnahme von essbarer Druckmasse (108) umschließt, und wobei die Kartusche (102) an einer Steuerseite (231 ) der Kartusche (102) eine Kappe (222) umfasst, die entlang einer Achse des zylinderförmigen Hohlraums bewegt werden kann, um Druckmasse (108) an einer von der Steuerseite (231 ) abgewandten Extrusionsseite (232) aus der Kartusche (102) zu extrudieren; wobei das Verfahren (300) umfasst,
- Einführen (301 ) eines Kolbens (202) von der Steuerseite (231 ) der Kartusche
(102) her an die Kappe (222); wobei der Kolben (202) und die Kappe (222) ausgebildet sind, gasdicht mit der Kartuschen-Wand (221 ) abzuschließen; wobei beim Einführen (301 ) ein Zwischenraum (207) zwischen dem Kolben (202) und der Kappe (222) geöffnet ist; und
- Bewegen (302) des Kolbens (202), um Druckmasse (108) aus der Kartusche (102) zu extrudieren; wobei beim Bewegen (302) der Zwischenraum (207) zumindest zeitweise gasdicht geschlossen ist.
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