Fab Four：震惊世界的 Wabtec 专利
2026 年工程师周特别节目
Wabtec 是一家以工程为中心的公司。它在全球雇用了4,700多名工程师，拥有超过6,500项有效的全球专利（最近的收购Dellner Couplers、Evidin的检测技术部门和弗劳舍传感器技术集团预计将再增加约1,000项），这些专利旨在使货运和轨道交通更安全、更可靠、更高效和更高效。
为了庆祝工程师周75周年和美国成立250周年，Wabtec向所有工程师致敬，因为它正在反思其永久改变铁路行业乃至世界的四项最大专利。
专利注意事项
但首先，考虑一下新技术需要什么才能获得专利。Wabtec的高级专利顾问约翰·克莱默提出了以下指导原则：“一项发明要获得法律上的专利，必须通过两个主要标准：'新颖性'和'非显而易见性'。”
要通过新颖性测试，一项发明必须至少逐步不同于某人过去开发的发明。然后，它必须证明它与先前的标准之间存在足够的差异，以至于对于拥有 “普通艺术技能” 的人来说，这种变化是显而易见的。或者，正如欧洲法律界所定义的那样，创新需要涉及 “创造性步骤”。
我们认为您对以下四项 Wabtec 发明的认同远不止于测试。
1。柴油电力机车：美国专利号 1,589,182 号
由通用电气（现为Wabtec）与英格索兰和美国机车公司合作开发的柴油电力机车不仅会取代蒸汽机车，而且会成为过去100年的行业标准，这种想法不太可能出人意料。
也许只有托马斯·爱迪生的作品除外。
早在 19 世纪 60 年代，爱迪生就感觉到电力具有蒸汽梦寐以求的可能性，并于 1880 年在新泽西州门洛帕克开始了他在全电动列车方面的开创性工作。然而，直到尼古拉斯·奥托的内燃机（ICE；发明于1876年）在19世纪末和20世纪初作为一种工业应用问世，它改变了汽车、航空和航运业，才萌生了在机车中结合内燃机和电力推进系统的想法。
时机再偶然不过了。蒸汽机车遇到了挑战。他们依赖煤炭，这使他们从根本上变得肮脏。他们需要人力将煤炭从招标中铲到机车的火箱里。而提高蒸汽驱动列车速度的唯一方法是建造越来越大的机车，而这反过来又受到铁路基础设施的限制，因为整个系统，而不仅仅是锅炉，都被迫发展。
爱迪生看到了逐步改进的机会，1925年，通用电气及其合作伙伴大放异彩。柴油电动发动机诞生了。
Wabtec机车架构和概念开发总监史蒂夫·格布拉赫特说：“爱迪生一直致力于为铁路提供一种更清洁、更经济的蒸汽替代品。”“随着内燃机的工业用途腾飞，通用电气的灯泡实际上是开着的，机车可以独立于悬链线和第三条轨道，可以容纳自己的发电厂。
“然后，通过使用交流发电机，ICE（在本例中为柴油发动机）产生的机械能可以转换为电能，可以驱动机车车轮上的牵引电动机。内燃机与爱迪生的电气元件和推进设备库的这种结合确实改变了机车的历史，仍然是我们 Wabtec 乃至整个行业继续创新的标准。”
Wabtec执行副总裁兼首席技术官埃里克·盖布哈特补充说：“爱迪生在柴油电动发动机方面的突破是'系统思维'的缩影。他和他的团队不仅考虑改进发动机，还重新构想了发动机，包括它可以提供什么动力，以及如何提供动力。这种更全面、以系统为导向的问题解决方法是 Wabtec 具有里程碑意义的专利的核心，也是我们工程文化的 DNA。”
2。空气制动器：美国专利号 124,405
在使用空气制动之前，最先进的停车方法是 “刹车人” 横穿列车的长度，并在列车行驶时单独启动每辆车的制动器。这项任务是一项极其危险的工作，限制了增加火车长度的能力。
Wabtec的创始人乔治·西屋是这份工作的合适人选。
受一篇文章的启发，该文章重点介绍了法国使用气动钻机挖掘隧道的情况，该过程需要通过大约 3,000 英尺的管道泵送压缩空气，西屋电气制定了一项使用空气为列车制动提供动力的计划。
他于1869年4月13日颁布的空气制动器的原始专利编号为88929，其特点是机车上安装了一台蒸汽动力空气压缩机，该空气压缩机通过通向每辆车的制动缸的软管网络泵送加压空气。该系统由列车工程师启动后，有效地在列车的整个长度上施加了制动器。
仅仅三年后，西屋电气进一步改进了他的设计，增加了 “三阀门” 和 “辅助储液罐”，创建了第一个大型故障安全系统。实际上，工程师仍然可以照常控制制动，但有一个关键区别：现在系统使用气压来保持制动器关闭。而且，如果联轴器断裂或软管破裂，压力损失会立即触发所有车辆的制动器，从而使列车停止。
盖布哈特说：“这个系统的远见卓识绝对令人惊叹。”“看看150多年前的这些专利，人们就会意识到我们仍然使用气动制动器进行空气制动，这与乔治·西屋电气最初的计划非常相似。通过创建这个列车停靠方式的模板，他还在使列车行驶更长时间，从而提高生产率方面发挥了重要作用。”
3.单臂受电弓：美国专利号 2,935,576 号
Wabtec联合创始人路易斯·费维利没有发明受电弓—— 他只是把它做得好得难以辨认。
20世纪初至中叶的双臂菱形受电弓与那个时代架空电线的刚度和电压相匹配。然而，它们的体积和沉重的质量不利于随之而来的更高的电压和更高的速度。
Faiveley抓住机会开发了一种新的、更好的受电弓，发明了单臂受电弓（也称为半受电弓或Z形受电弓），彻底打破了常规。作为工程奇迹，Faiveley的优雅设计更轻，更具空气动力学特性，并巧妙地使用了从空气中自然产生的 “升力” 冲过来保持盘头与电线的持续接触。新款受电弓在1955年问世的同一年创造了电动列车的世界速度纪录（331公里/206英里/小时），至今仍是行业标准。
随着单臂受电弓的持续创新，随后出现了更多破纪录的性能。新的Wabtec受电弓模型全部归功于Faiveley，使列车在1990年和2007年分别达到了515公里/320英里/小时和574公里/356英里/小时的最高时速。除了创造新的速度记录外，Wabtec 受电弓在 20 和 21 世纪取得了许多第一，涵盖了材料设计、占地面积、屋顶集成、臂伸和功率模式方面的创新，促成了受电弓的激增，全球安装量超过 150 种，安装量超过 90,000。
Wabtec电力收集工程总监马特·阿特金斯钦佩说：“费维利的富有远见的工作开启了高铁的新时代，它改变了交通行业，也改变了数百万旅客的生活。”“在受电弓和高速列车的世界中，有明显的'前后'是以1955年为标志。”
4。LOCO TROL® 分布式电源：美国专利号 3,380,399 号
快进到 1965 年。铁路行业渴望分布式电力，任何在火车模型上串起一辆又一辆车的孩子都能直观地理解这种现象。在某个时候，当火车变得太长时，它想分开。
解决方案？添加更多机车。
但是要把它们放在哪里？
尽管将它们预先堆叠起来可能最简单，但这种重型机车的配置会给现有的铁路基础设施带来过大的压力，包括桥梁（见图）以及列车的耦合器和牵引杆。为了解决第一个 “用例”，LOCO TROL® 诞生了。
LOCO TROL® 代表了控制和通信系统的突破，它使跟踪式无人机车无论位于何处，都能听从主机车的指令。因此，如果操作员将机车置于牵引力控制的第四级，则该四档命令将传送到位于列车中间或后部的机车。
Wabtec工程副总裁丹尼·拉什说：“LOCO TROL® 的早期版本类似于超级计算机的早期。”“花了整辆装有射频识别和计算机设备的货车从火车前面到后面执行'远程控制'命令。到 20 世纪 90 年代，我们将其设备缩减到大约一个书架大小，然后，随着微处理器的不断进步，解决方案的占地面积缩小到大约一英尺长的盒子。”
随着计算能力和通信网络的不断发展，LOCO TROL® 的雄心壮志也在不断发展，世界各地的铁路运营商都在突破极限，不仅在机车之间进行命令通信，这使得列车越来越长，而且在机车和塔楼之间，甚至在完全偏远的地点。
Wabtec 列车操控高级架构师 Bob Palanti 表示：“LOCOTROL ® 的原始专利创建了在列车上实现安全分布式电力所需的控制和通信框架，这种框架是在列车越来越长的时代发布的，也带来了与之相关的生产率提高。”“但是，这项分水岭专利也为自动化革命奠定了基础，这场革命已经持续了70年，正在刺激新的运营模式并提高了效率。Wabtec 及其客户还没有完成 LOCOTROL ® 的使用——甚至还没有接近尾声。”
结论
一项成功的专利的一个标志是它推动和激发了大量的后续创新。这（FAB）四项专利的根源可以追溯到1800年代中期，不仅随着时间的推移改变了铁路行业，而且成为Wabtec工程师至今继续创新的基础。
“每项专利的共同之处不仅是它们令人难以置信的远见，还有他们的勇气。我的意思是150、100和50年后，我们仍然非常受这些专利背后的原始思想的束缚，” 盖布哈特总结道。“爱迪生、西屋、费维利等公司为所有头脑聪明、雄心勃勃的工程师制定了蓝图：大放异彩。你的想法可以改变世界。”