The Fab Four: as patentes da Wabtec que abalaram o mundo
Um especial da Semana dos Engenheiros de 2026
A Wabtec é uma empresa centrada na engenharia. Ela emprega mais de 4.700 engenheiros em todo o mundo e detém mais de 6.500 patentes globais ativas (com as recentes aquisições da Dellner Couplers, da Divisão de Tecnologias de Inspeção da Evident e do Frauscher Sensor Technology Group que devem acrescentar mais de 1.000 patentes) direcionadas a inovações que tornam o transporte ferroviário de carga e trânsito mais seguro, confiável, eficiente e produtivo.
Em comemoração ao 75º aniversário da Semana dos Engenheiros e ao 250º aniversário dos Estados Unidos, a Wabtec saúda todos os engenheiros ao refletir sobre quatro de suas maiores patentes que mudaram permanentemente o setor ferroviário — e o mundo.
Uma nota sobre patentes
Mas primeiro, considere o que é necessário para que uma nova tecnologia seja patenteável. John Kramer, consultor sênior de patentes da Wabtec, oferece os seguintes princípios orientadores: “Para que uma invenção seja legalmente digna de patente, ela deve passar por dois critérios principais: 'novidade' e 'não obviedade'”.
Para passar no teste de novidade, uma invenção deve ser pelo menos incrementalmente diferente da que alguém desenvolveu no passado. Em seguida, ele deve demonstrar que há um delta suficiente entre ele e o padrão anterior para que a mudança não fosse óbvia para alguém com “habilidade comum na arte”. Ou, como diria a comunidade jurídica europeia, a inovação precisa ter envolvido uma “etapa inventiva”.
Achamos que você concordará que as quatro invenções da Wabtec a seguir mais do que passarão no teste.
1. A locomotiva diesel-elétrica: patente norte-americana nº 1.589.182
Exceto, talvez, por Thomas Edison.
Edison percebeu que a eletricidade tinha possibilidades com as quais o vapor só podia sonhar já na década de 1860 e começou seu trabalho pioneiro em trens totalmente elétricos mais tarde em Menlo Park, NJ, em 1880. No entanto, foi somente com o surgimento do motor de combustão interna de Nicolaus Otto (ICE; inventado em 1876) como uma aplicação industrial no final do século XIX e início do século XX — que transformou as indústrias automotiva, de aviação e de navegação — que a ideia de combinar um ICE e um sistema de propulsão elétrica em uma locomotiva surgiu.
O momento não poderia ter sido mais fortuito. As locomotivas a vapor tiveram seus desafios. Eles dependiam do carvão, o que os tornava fundamentalmente sujos. Eles precisavam de mão de obra para colocar o carvão da licitação na fornalha da locomotiva. E a única maneira de tornar os trens movidos a vapor mais rápidos era construir locomotivas cada vez maiores, que por sua vez eram limitadas pela infraestrutura ferroviária, pois todo o sistema, não apenas a caldeira, era forçado a crescer.
Edison viu uma oportunidade de melhoria radical e, em 1925, a General Electric e seus parceiros atacaram. Nasceu o motor diesel-elétrico.
“Edison sempre teve a intenção de oferecer às ferrovias uma alternativa mais limpa e econômica ao vapor”, diz Steve Gerbracht, diretor de arquitetura de locomotivas e desenvolvimento de conceitos da Wabtec. “Quando os usos industriais dos motores de combustão interna decolaram, a lâmpada literalmente acendeu na GE para que a locomotiva, independente das linhas de catenária e dos terceiros trilhos, pudesse abrigar sua própria usina.
“Então, por meio do uso de um alternador, a energia mecânica gerada pelo ICE — neste caso, um motor a diesel — poderia ser convertida em energia elétrica que poderia acionar os motores de tração nas rodas da locomotiva. Esse casamento do motor de combustão interna com o arsenal de componentes elétricos e equipamentos de propulsão da Edison literalmente mudou a história das locomotivas e continua sendo o padrão pelo qual nós da Wabtec e da indústria em geral continuamos inovando.”
Eric Gebhardt, vice-presidente executivo e diretor de tecnologia da Wabtec, acrescenta: “A inovação de Edison com o motor diesel-elétrico é o epítome do 'pensamento sistêmico'. Ele e sua equipe não pensaram apenas em melhorar o motor, eles o reimaginaram, incluindo o que ele poderia alimentar e como. Essa abordagem mais holística e orientada a sistemas para a solução de problemas está no cerne das patentes marcantes da Wabtec e no DNA de nossa cultura de engenharia.”
2. O freio pneumático: patente norte-americana nº 124.405
Antes do freio pneumático, o estado da arte para parar um trem era que os “freios” percorressem toda a extensão do trem e ativassem individualmente os freios em cada vagão enquanto o trem estava em movimento. Essa tarefa era extremamente perigosa e limitava a capacidade de aumentar o comprimento de um trem.
O fundador da Wabtec, George Westinghouse, era o homem certo para o trabalho.
Inspirada por um artigo que destaca o uso de uma furadeira pneumática para a escavação de um túnel na França, um processo que exigia o bombeamento de ar comprimido por cerca de 3.000 pés de tubulação, a Westinghouse elaborou um plano para usar o ar para acionar os freios de um trem.
Sua patente original para o freio pneumático, nº 88929, emitida em 13 de abril de 1869, apresentava um compressor de ar movido a vapor na locomotiva que bombeava ar pressurizado por meio de uma rede de mangueiras que conduzia aos cilindros de freio em cada carro. O sistema, quando ativado pelo engenheiro do trem, aplicou efetivamente os freios em toda a extensão do trem.
Apenas três anos depois, a Westinghouse aprimorou ainda mais seu design, adicionando uma “válvula tripla” e um “reservatório auxiliar” para criar o primeiro sistema à prova de falhas em grande escala. Na verdade, o engenheiro ainda podia controlar a frenagem normalmente, mas com uma diferença fundamental: agora o sistema usava a pressão do ar para manter os freios desligados. E, se um acoplamento se rompeu ou uma mangueira se rompeu, a perda de pressão desencadeou a aplicação instantânea de freios em todos os vagões, parando o trem.
“A previsão desse sistema é absolutamente incrível”, comenta Gebhardt. “Analisar essas patentes de mais de 150 anos atrás faz com que percebamos que ainda fazemos frenagem pneumática com freios pneumáticos de forma muito semelhante à que George Westinghouse planejou inicialmente. E ao criar esse modelo de como parar um trem, ele também desempenhou um papel fundamental em permitir que os trens crescessem mais e, portanto, mais produtivos.”
3. O pantógrafo de braço único: patente norte-americana nº 2.935.576
Os pantógrafos de braço duplo em forma de diamante do início a meados do século XX combinavam com a rigidez e as tensões dos fios aéreos daquela época. No entanto, seu volume e massa pesada não favoreciam as tensões e velocidades mais altas que acenavam.
Faiveley aproveitou a oportunidade para desenvolver um novo e melhor tipo de pantógrafo, quebrando totalmente os moldes com a invenção do pantógrafo de braço único (também conhecido como meio-pantógrafo ou pantógrafo em forma de Z). Uma maravilha da engenharia, o design elegante de Faiveley era mais leve, mais aerodinâmico e usava engenhosamente a “sustentação” natural do ar que passava por ele para manter o panhead em contato constante com o fio. O novo pantógrafo estabeleceu o recorde mundial de velocidade (331 km/h) para um trem movido a eletricidade no mesmo ano em que foi lançado, 1955, e é o padrão da indústria até hoje.
E com a inovação contínua do pantógrafo de braço único, seguiram-se mais desempenhos recordes. Os novos modelos de pantógrafos da Wabtec, todos em dívida com a Faiveley, permitiram que os trens atingissem velocidades máximas de 515 km/h (320 mph) e 574 km/h (356 mph) em 1990 e 2007, respectivamente. Além de estabelecer novos recordes de velocidade, os pantógrafos Wabtec alcançaram muitas inovações ao longo dos séculos XX e XXI, abrangendo inovações em design de materiais, tamanho da área ocupada, integração do telhado, alcance do braço e modos de potência, contribuindo para uma proliferação de pantógrafos que excede 150 tipos e mais de 90.000 instalados em todo o mundo.
“O trabalho visionário de Faiveley deu início a uma nova era de trens de alta velocidade que transformou o setor de transporte público e, com ele, a vida de milhões de viajantes”, admira Matt Atkins, diretor de engenharia de coleta de energia da Wabtec. “No mundo dos pantógrafos e trens de alta velocidade, há um claro 'antes e depois' marcado pelo ano de 1955.”
4. Energia distribuída LOCOTROL ®: patente norte-americana nº 3.380.399
Avance para 1965. O setor ferroviário estava ávido por energia distribuída, um fenômeno intuitivamente compreendido por qualquer criança que tenha amarrado carro após carro em um modelo de trem. Em um certo ponto, quando o trem fica muito longo, ele quer se separar.
A solução? Adicionando mais locomotivas.
Mas onde colocá-los?
Embora empilhá-las na frente pudesse ter sido mais fácil, essa configuração de locomotivas pesadas teria colocado muita pressão na infraestrutura ferroviária existente, incluindo pontes (veja o diagrama) e os acopladores e barras de tração dos trens. Resolvendo esse primeiro “caso de uso”, nasceu o LOCOTROL ®.
O LOCOTROL ® representa a inovação do sistema de controle e comunicação que permite que uma locomotiva não tripulada arrastada, onde quer que esteja posicionada, siga as ordens da locomotiva líder. Portanto, se o operador estiver colocando a locomotiva no degrau quatro do controle de tração, esse comando de nível quatro será transmitido para a (s) locomotiva (s) colocada (s) no meio ou na traseira do trem.
“As primeiras versões do LOCOTROL ® são análogas aos primórdios dos supercomputadores”, observa Danny Rush, vice-presidente de engenharia da Wabtec. “Foi necessário um vagão de carga inteiro de RFID e equipamentos de computação para executar comandos de 'controle remoto' da frente do trem até a traseira. Na década de 1990, reduzimos o tamanho de um equipamento do tamanho de uma estante de livros e, com os avanços contínuos nos microprocessadores, o tamanho da solução diminuiu para uma caixa de cerca de 30 centímetros de comprimento.”
À medida que o poder de computação e as redes de comunicação continuaram a evoluir, o mesmo aconteceu com as ambições da LOCOTROL ®, com operadores ferroviários de todo o mundo ampliando os limites da comunicação de comandos não apenas entre locomotivas, o que possibilitou trens cada vez mais longos, mas também entre locomotivas e torres, e até mesmo de locais totalmente remotos.
“A patente original do LOCOTROL ® criou a estrutura de controle e comunicação necessária para permitir a distribuição segura de energia em um trem, que surgiu em uma era de trens cada vez mais longos, e os ganhos de produtividade associados a eles”, instrui Bob Palanti, arquiteto sênior de manuseio de trens da Wabtec. “Mas essa patente decisiva também preparou o cenário para uma revolução na automação, que está sendo criada há 70 anos, que está estimulando novos modelos operacionais e gerando novas eficiências. A Wabtec e seus clientes ainda não terminaram de usar o LOCOTROL ® — nem de perto.”
Conclusão
Um sinal de uma patente bem-sucedida é a quantidade de inovações subsequentes que ela impulsiona e inspira. Essas quatro patentes (FAB), com raízes que remontam a meados do século XIX, não apenas transformaram o setor ferroviário ao longo do tempo, mas também se tornaram as bases sobre as quais os engenheiros da Wabtec continuam inovando até hoje.
“O que cada uma dessas patentes compartilha não é apenas sua incrível visão, mas sua ousadia. Quero dizer, 150, 100 e 50 anos depois, ainda estamos muito comprometidos com o pensamento original por trás dessas patentes”, conclui Gebhardt. “Edison, Westinghouse, Faiveley e outros traçaram um plano para todos os engenheiros inteligentes e ambiciosos seguirem: contorne as cercas. Suas ideias podem mudar o mundo. ”