本项发明属于具有高剧烈度搅拌作用的批量式内搅拌机，机内含有一个搅拌室，该室制作得能够容纳两个转向相反带有非相互啮合式凸棱的转子。需要混合成均匀物质的批量配料通过立式槽被送到搅拌室，这些批量配料是在滑槽内的推杆推力下被压下去的。推杆是由液压或气压驱动的。当推杆向下移动到批量配料进行混合的工作位置时，推杆的下部表面将构成搅拌室上室面的一部分。加工出的均匀混合物，通过搅拌室底部的卸料口从搅拌室排出来，然后将联接在该卸料口处地门加以关闭，以准备容纳通过滑槽流入的下一批量配料。 有些批量式内搅拌机设计成具有非相互啮合式的转子，而另一些则设计成具有相互啮合式的转子。相互啮合式的转子总是要以相同的转速按同步关系进行驱动;非相互啮合式的转子有可能以相同的转速，也可能以不同的转速进行驱动，以获得不同的搅拌和揉搓效果。本项发明属于非相互啮合式的转子。转子上的凸棱具有通常的螺旋线外形，并且这些凸棱利用凸棱上各种动力效应的共同作用，可以产生高剧烈度的搅拌作用和均化作用，这些情况将在下面加以说明。为了进一步弄清关于这种具有非相互啮合式转子的批量式内搅拌机的详情，可以参考美国专利No.1，200，070和No.3，610，585文献，这两项专利是授予本受让人的前辈的，并且还涉及到最近的专利No.4，714，350，这些专利都是以本人的名字作为发明人申请的，此外，这几项专利的公开内容合并在本专利申请书内，作为背景性资料参考。
当前在美国，所有商用的具有非相互啮合式转子的批量式内搅拌机的绝大部分，有可能大于95个百分点（95%）都是按非同步方式进行工作的，也就是搅拌机装有以不同转速进行驱动的转子，并且常常把“摩擦比”看成是工况。例如，一种通常的非同步运行工况可以使一个转子转动9转，而同时使另一转子转8转，即“摩擦比”为9比8或1.25比1。
在专利No.4，714，350里，提出了一种具有高性能的，既适用于非同步运行，又适用于同步运行的具有非相互啮合式两凸棱的新型转子。因此，这种新型的两凸棱转子有可能加以改型用到现有非同步运行的批量式内搅拌机上，当今搅拌机的绝大多数为这种内搅拌机，另外，新型转子也可以有效地用在同步运行的批量式搅拌机内。
在1988年5月17日，以本人名字作为发明人颁布的美国专利No.4，744，668内，提出了一种具有高性能的，既适用于现今为数较多的非同步运行的批量式搅拌机，又适用于同步运行的批量式搅拌机的新型四凸棱和三凸棱转子。
在专利No.4，714，350和本专利申请这两者中，都提到当转子调整成具有最优的相角关系时，按同步方式驱动给定的转子，可以得到最佳或完美的结果。专利中规定最优的相角关系大约为180°。利用进一步的试验和测验已经断定，按180°的相角关系进行同步运行，确实是具有非相互啮合型转子的批量式内搅拌机的最佳运行方式，而且这种新型转子，已经设想并研制好在以同步方式按180°的最佳相位角进行驱动的批量式搅拌机中，以得到搅拌橡胶和塑料的最佳效果。鉴于现今商用的绝大多数批量式内搅拌机都是按非同步方式驱动的，所以本项发明显示，在许多情况下，将这类非同步式搅拌机改型为同步运行的，很可能是值得的。
本项发明提供一种适用于批量式内搅拌机中按最佳相位关系进行同步驱动的非相互啮合式四凸棱的最优型转子，这里的最佳相位关系为180°的相角，下面将详细加以解释。
两转子可以各自实现力平衡这一结果属于本项发明的特点。这样，在整个搅拌循环过程中，批量式内搅拌机的振动得以降至最低限度。
这些最优型转子的另一优点是，沿搅拌转子的轴向长度施加于正在被搅拌的材料上的平均切应变率，对于单个转子和两个转子都是相同的。沿每个转子的轴向长度达到相同的平均切应变率，可以对搅拌室的每一空腔内的材料给予有益的均匀一致的剪切作用，并且可以促使材料进行有效地搅拌。
在这种四凸棱最优型转子内，每一由隙加辛礁龀ね估夂土礁龆掏估狻５谝怀ね估夂偷谝欢掏估馄鹗加诿扛鲎拥牡谝欢嗣妫诙ね估夂偷诙掏估馄鹗加诿扛鲎拥牡诙嗣妫⑶叶杂诹礁鲎由系乃型估舛季哂邢嗤穆菪茿。这个螺旋角A的值大约在10°到50°的范围内。
所有长凸棱的轴向长度是相同的。同样地，所有短凸棱的轴向长度也是相同的。
每一转子在短凸棱的终端和按转动方向来说为下一后续长凸棱的终端之间，有一过渡区开口，这个后续的长凸棱起始于与转子上短凸棱的起始端相反的一端。这样，在每一转子上将有两个过渡区开口，而且所有四个过渡区开口是相同的，即Q1＝Q2＝Q3＝Q4。
所有长凸棱上的轴向力和旋转力都是相同的，同样地，所有短凸棱上的轴向力和旋转力也是相同的。每一转子上的轴向力是平衡的，而且两个转子上的轴向力和旋转力也是平衡的。
结合附带的简图对以下的详细说明和权利要求加以研究，可以更充分地对上述的和其它的本项发明的特征、目标、外观和优点加深理解和得出更适当的评价。实例显示，与具有先有技术的某些常用转子的构造相比，上述附图是本项发明的最佳实施例。同样的参考标号和参考字母将用来指明所有不同示图上的相应元件和部件。
图1是所描述过的具有非相互啮合式转子的批量式内搅拌机的侧视图，这种非相互啮合式的转子具体表现出了本项发明的实质。
图2为一放大了的沿图1上2-2线通过搅拌室而得到的平剖面图。
图3为一放大了的两个四凸棱转子的平面视图，这两个四凸棱转子具体表现出了本项发明的实质。
图4表示图3上两个转子的展开图，这个图形具体说明了转子上四个凸棱展成的螺旋凸棱顶的状况。当转子的外表面展开后，螺旋凸棱的棱顶为倾斜的直线。
图5为一类似于图3和图4的简略视图，用来解释作用在每一转子上的轴向力和旋转力是平衡的。
並用下式证明作用在每一转子上的轴向力和旋转力是平衡的。
F1A长凸棱上的轴向力 F2A短凸棱上的轴向力
F1R长凸棱上的旋转力 F2R短凸棱上的旋转力
假定：两只转子的相互作用可以忽略
1）诸力之和：对左转子的凸棱 2）诸力之和：对右转子的凸棱
∑FA＝F1A-F1A+F2A-F2A＝0（平衡的） ∑FA＝F1A-F1A+F2A-F2A＝0（平衡的）
∑FR＝2F1R+2F2R∑FR＝-2F1R-2F2R
3）诸力之和：对两只转子
∑FA＝O-O＝O（平衡）
∑FR＝2F1R+2F2R-2F1R-2F2R＝0
（平衡的）
图6为一放大了的两个四凸棱转子的平面示图，这两个四凸棱转子具体体现出了本项发明的实质。图6类似于图3，另外该图还包含表示螺旋角“A”和过渡区开口“Q”的参考字母。
下列表一给出了使用具有先有技术的转子时，发生在被搅拌材料中的平均切应变率，在这种转子上，螺旋角和过渡区开口都是不相等的。
下列表二给出了使用本项发明的转子时，发生在被搅拌材料中的平均切应变率，在这种转子上，所有的螺旋角是相等的，而且四个过渡区开口“Q”也都是相等的。
表一 （先前技术）
A1≠A2，Q1≠Q2，Q3≠Q4，Q1＝Q4，Q2＝Q3（先前技术）
表二 A1＝A2，Q1＝Q2＝Q3＝Q4
式中 D转子的平均直径 N转速 δ转子的顶部间隙 A螺旋角。
图7是具体体现本项发明的两个转子的放大平面示图，该图与图6相同。
图7A、7B、7C、7D和7E是分别沿图7上的平面E、D、C、B和A且与转子轴相垂直的横截面图。
图8为图3、5、6A和7上的两个转子的展开图，并且表示用转子凸棱驱动的材料滚动列中的斜对称流型。
图9A，9B和9C是一对转子的三个平面示图。图9C表示具体体现本项发明的两个转子。图9B表示一对转子，它们类似于图9C上的那对转子，只是从转子一端起始的长凸棱和短凸棱的螺旋角不同于起始于转子另一端的两个凸棱的螺旋角，这两个螺旋角相背4°。图9A表示一对转子，它们类似于图9C上的那对转子，只是从转子一端起始的长凸棱和短凸棱的螺旋角不同于起始于转子另一端的两个凸棱的螺旋角，这两个螺旋角相差8°。
图10是图9A和9B上转子的试验结果的数据曲线和图9C上转子的预计试验结果的数据曲线。
图1所示为一具有高剧烈度搅拌作用的批量式内搅拌机，该机用参考标号20来表示。在这种内搅拌机中，有一对具体体现本项发明实质的非相互啮合式转子21和22，这对转子用起来是有效益的。所提出的这种搅拌机含有一根沿垂直方向往复运动的推杆24，该推杆可在图1所示的抬起位置和用虚线表示的处于工作状态的下放位置24′之间进行运动。推杆24用来将需要搅拌的配料向下推动到搅拌室26内。当用下面将要说明的转子上的凸棱对搅拌室26内的材料进行充分而剧烈地搅拌时，这些材料将对这两个转向相反的转子21和22产生作用力，如箭头23和25所示，这两个转子绕着两根彼此隔开的水平的平行轴线进行转动，在推杆的工作位置24′，推杆将支撑着上述的作用力。如图1所示，在转子21绕其本身轴线沿顺时针方向转动，而右转子22沿逆时针方向转动。搅拌室26要制作得可以容纳这两个转子，并且搅拌室26含有左右两个搅拌室空腔27和28，每个空腔通常都呈圆柱状。这两个搅拌室的空腔设置得以水平方式彼此以开口相对着。搅拌室26有一中央区29，这个中央区被认为大致位于这两个转子21和22之间。
当推杆24抬起时，将需要进行搅拌的配料输送到料斗30里，这样一来，配料就能流进与料斗30相通的滑槽32内，并进而向下引导至搅拌室26的中央区域29。然后，将推杆放下，推动配料向下流入搅拌室，并且将这些配料保留在搅拌室内。所示的推杆是用工作流体的驱动缸34进行工作的，该驱动缸安装在搅拌机20总箱体35的顶部。流体驱动缸可以是液压的，也可是气压的，这个驱动缸含有一个两面作用的活塞36，其活塞杆38与推杆24相连接，并且用来抬起和下放推杆。这个推杆固定在驱动缸34底部端面39下方的活塞杆38的下端。工作流体以给定的压力通过供给管路40送到驱动缸34的上部，以推动活塞36向下移至其下部的工作位置24′。在搅拌工作完成以后，利用从供给管路（图1上未示出）输送至驱动缸34活塞36下部的工作流体，将推杆推回至推杆的抬起位置。
混合和均化好的材料，通过卸料口从搅拌室26的底部排出，在搅拌工作进行期间，卸料口通常是用锁闭机构44将搅拌室门42加以关闭的。当锁闭机构脱扣时，室门42将绕铰销轴46向下转动。例如室门可用一对装在铰销轴46相对端的液力扭矩马达（图上未示出）进行转动。
图2为图1上沿直线2-2剖出的搅拌机构20的平面剖示图。利用齿轮机构48将转子21和22沿相反方向23和25进行转动，而齿轮机构48则由驱动电机50来驱动。齿轮机构48含有两个相同哪龊铣萋郑美匆韵嗤乃俣龋窗赐椒绞角礁鲎印Ｇ缁?0可以具有通常的外形，并且最好含有速度控制器，以便根据搅拌室26内的特殊配料和它们的温度和粘度状况，并且根据由转子供给的搅拌功率自由地改变转子的转动速度。
为了对搅拌室26进行密封，在紧邻每个转子的每一端面都设有普通的密封环54（图2）。与相应的密封环54相邻接的转子的一端常常称为“环形端”，这一点将在图3上加以表明。
有关这种具有高剧烈度搅拌作用的批量式内搅拌机20构造的更深一层的详细资料，在以上提到的美国专利No.3，610，585中已经加以发表，作为参考资料，将上项专利合併在本专利申请书内。
左右两转子21和22表示在图3上，每个转子的长度为“L”，这个长度是在转子相应的环形端57′和58之间量出的。与驱动轴55或56相连接的环形端57为转子的驱动端，转子的另一环形端58是“冷却剂端”或“水端”。转子上设有冷却剂管路，而通常为水的冷却剂，被输送到位于与驱动轴55和56所处位置相反一端的冷却剂管路内。每个转子外表面的直径都为“D”。因此，如图4所示，每个转子外表面展开后的长度为“πD”。
转子21和22上的两个长凸棱61和62起始于两个相对的环形端。用语“起始于”或类似的用语意味着，相应螺旋凸棱棱顶61，62，63或64的前端位于所指定的环形端。用60来表示转子轴，而展开的转子表面上的角度位置0°，90°，180°，270°和360°是围绕转子轴的角度位置。为了根据图3和4便于进行解释起见，角位置0°或360°被看成是转子外表面上与中央区29相邻接的那个位置，并且位于包含两个转子轴60的水平平面内。
转子上的长凸棱的棱顶61和62，如图4所示，起始于相隔180°的两个角位置，并且转子上这两个长凸棱棱顶的螺旋角是相同的，其角度值在10°～15°的范围内。转子上的短凸棱的棱顶63和64起始于角位置135°和315°，也就是说，短凸棱起始于长凸棱之后135°的角位置，这里的长短两凸棱都从转子的相同一端起始。术语“螺旋角”表示凸棱的棱顶相对于转子轴60的方向，更准确说是相对于包含转子轴且相交于凸棱棱顶的平面的方向。两个长凸棱61和62的轴向长度l1是相同的，而两个短凸棱63和64的轴向长度l2也是相同的。l1和l2的和大致等于转子的轴向长度“L”。因此，第一短凸棱63的终端位于和第二长凸棱62的终端大致相同的轴向位置。换言之，第一短凸棱63的终端与第二长凸棱62的终端大致在同一圆周上，这种情况对右转子22用圆周箭头Q1来说明，对左转子21用圆周箭头Q4来表示。同样地，第二短凸棱64的终端位于和第一长凸棱61的终端大致相同的轴向位置。所以，第二短凸棱64的终端与第一长凸棱61的终端大致在同一圆周上，这种情况对右转子22用圆周箭头Q2来说明，对左转子21用圆周箭头Q3来表示。
起始于转子相对端的短凸棱和长凸棱两终端之间的圆周间距Q1，Q2，Q3和Q4都是相等的。这些相等的间距Q1，Q2，Q3和Q4将确定新的过渡区开口71，72，73和74，这种开口是相等的，并且允许需要混合的材料自由地和对称地流过相应的过渡区开口。
过渡区开口71（Q1）相对冷却剂端58的距离为转子长度L的15%～30%。类似地，另一过渡区开口72（Q2）相对被驱动端57的距离为转子长度L的15%～30%，即在相对于冷却剂端58的距离为转子长度L85%～70%的位置上。在另一转子上，过渡区开口73（Q3）和74（Q4）也位于相对于冷却剂端58的距离分别为转子长度L的15%～30%和85%～70%的位置上。每一转子上长凸棱轴向长度为0.70L～0.85L。
在图4上，如箭头23和25所示，两个转子正在以同步方式被驱动，同时，如图所示，两个转子彼此被调整成具有180°的固定相位关系。为了说明这个180°的相位关系，要注意到，右转子上的180°角位置是左转子上0°角位置的镜象。这样，右转子的方位在相位关系上与左转子相差180°，因而两转子彼此之间有180°的相位关系。
注意说明性的简图5，通过分析，可得到下列的假定，两个按同步方式转动的转子之间的相互作用可以忽略。应当注意，对所有长凸棱来说，作用到需要搅拌的材料上的轴向力和旋转力F1A和F1R是相同的。此外，对所有短凸棱来说，轴向力和旋转力F2A和F2R也是相同的。这样，左转子21上诸凸棱的轴向力之和为：
（1）FA＝F1A-F1A+F2A-F2A＝0
上式说明左转子上的轴向力是平衡的。
左转子21上诸凸棱的旋转力之和为：
（2）FR＝2F1R+2F2R
右转子22上诸凸棱的轴向力之和为：
（3）FA＝F1A-F1A+F2A-F2A＝0
上式表明右转子上的轴向力是平衡的。
右转子22上诸凸棱的旋转力之和为：
（4）FR＝-2F1R-2F2R
两个转子的轴向力之和为：
（5）FA＝O+O＝0
这说明，对两个转子来说，轴向力是平衡的。在搅拌循环期间，每一转子的轴向力的单独平衡，以及两个转子上轴向力的平衡，可以将搅拌机20内的振动和应力降至最低限度。
两个转子上的旋转力之和为：
（6）FR＝2F1R+2F2R-2F1R-2F2R＝0
上式表明，在搅拌室内，两转子上的旋转力是平衡的，这样使得搅拌机20在搅拌循环期间能够平稳地运行。
图6B中的项目表适用于具有先有技术的转子，在这种转子上各种凸棱的螺旋角不相同，并且每个转子上的过渡区开口不相等，从表中可以看出，需要搅拌的材料中的平均切应变率沿转子的不同截面明显是各不相同的。
图6C中的项目表适用本项发明的最优型转子，转子上的螺旋角是相同的，所有过渡区开口也是相同的，从表中可以看出，需要搅拌的材料中的平均切应变率沿转子的不同截面明显是一律相等的。
图7A，7B，7C和7E上的诸截面（分别为截面E-E，D-D，C-C，B-B和A-A）明显地表明了两个转子的新的外形。转子内部的诸通路76位于相应凸棱的棱顶，该棱顶用来作为冷却剂的通路，液体冷却剂，一般为水，通过冷却剂通路进行循环。这种冷却剂通路在横截面内呈弧形，以便在转子和冷却剂通路76的工作面之间形成的转子壁厚78大体上是均匀的。此外，这些弧形冷却剂通路朝着转子转动的方向偏离开靠近凸棱棱顶的地方，因为每个凸棱棱顶的前导面与每个凸棱棱顶的拖后面相比，要完成大部分搅拌材料的工作量。
截面D处于与相应转子被驱动环形端57的距离为转子轴向长度15%～30%的位置。同样地，截面B位于与相应转子冷却剂端58的距离为转子轴向长度15%～30%的地方。因此，在这些截面D和B内分别含有四个相等的过渡区开口Q2，Q4，Q1和Q3。
从图4上看出，短凸棱的端头通常与起始于转子相对一端的相应长凸棱的端头在同一圆周上，从而可以确定出四个相等的过渡区开口Q1，Q2，Q3和Q4。这样，在含有这四个相等的过渡区开口的两个截面D和两个截面B内，有一三凸角的外形，这种外形通常类似于具有圆顶的等边三角形。每个圆形角顶的前表面比其后表面更弯些，也就是形成前表面的平均曲率半径比形成后表面的平均曲率半径要小一些。
在图7B和7D上所看到的这些位置上，右转子的过渡区开口Q2对着左转子的长凸棱棱顶61，左转子的过渡区开口Q3对着右转子的长凸棱棱顶61，而过渡区开口Q1和Q4分别对着相应的右室空腔28和左室空腔27（图1）。
在图8上，给出了展开的转子外表面和用两个转子的相应凸棱进行揉搓和搅拌的滚动材料列的斜对称流型。在每一转子21和22上，沿第一长凸棱61滚流的材料列84与沿第二长凸棱62滚流的反向倾斜的材料列85处于对称平衡的状态。同样地，沿第一短凸棱63滚流的材料列86与沿第二短凸棱64滚流的反向倾斜的材料列87处于对称平衡状态。相等的过渡区开口71，72，73和74（分别为Q1，Q2，Q3和Q4）促进这种斜对称流的作用，从而在很短的时间内，以很少的两转子的转动就可以成功地完成均匀的搅拌作用。
图10表示天然橡胶配料经过一级搅拌后进行拉伸试验所得到的三条数据曲线。第一条曲线81是根据天然橡胶配料的五种不同批量重量通过拉伸试验所得到的数据绘制的，在搅拌这种配料时，采用了两根具有四条凸棱的转子（图9A），而且起始于每根转子一端的两条凸棱的螺旋角A2要比起始于该转子另一端的两条凸棱的螺旋角A1大8°。
第二条曲线82是利用相同的五种不同的批量重量通过拉伸试验所得的数据画出的，但在对天然橡胶配料进行搅拌时，采用了两根具有四条凸棱的转子（图9B），而转子上起始于每根转子一端的两条凸棱的螺旋线A2要比起始于该转子另一端的两条凸棱的螺旋角A1大4°。曲线82大大高出曲线81，这种现象对于中等批量重量的搅拌样料尤其明显。
第三条曲线83是预期得到的试验数据的推断或预计曲线，搅拌时采用本项发明中提出的具有相同螺旋角的力平衡的最优型转子。
在转子现在的最优外形上，每根转子21和22上的四条凸棱的螺旋角“A”约在23°～35°的范围内。最佳外形上的螺旋角“A”约在27°～31°之间。
在详细描述了本项发明的最佳实施例以后，可以认为，如同在附加权利要求书中所宣布的那样，在不脱离本项发明的实质和范围的情况下，可以对两根转子进行不同的修正和改进。