Un freno a vuoto è servito come sistema di frenatura standard universale sui treni ferroviari fino a quando non è stato sostituito dai sistemi di aria compressa più efficienti e sicuri oggi utilizzati. Il sistema di frenatura a vuoto funziona inducendo un vuoto in una serie di tubi che attraversano il treno. Questi tubi flessibili sono collegati alle unità a pistone su ciascun carrello che, quando azionato dal vuoto, chiude le pinze dei freni sulle ruote del carrello. Sui treni a vapore più vecchi, il vuoto veniva fornito dagli espulsori sulla locomotiva mentre i sistemi più recenti utilizzavano pompe per vuoto azionate elettricamente. Sebbene i sistemi ad aria compressa siano ormai la norma sulla maggior parte dei nuovi treni, ci sono ancora operatori ferroviari che utilizzano materiale rotabile con freni ad aria compressa / vuoto combinati.
Sebbene generalmente efficaci, i sistemi di frenatura a vuoto semplici presentano un difetto grave, a volte fatale, vale a dire che qualsiasi rottura dei tubi rende inutilizzabile l’intero sistema. Questo dannato “tallone d’Achille” ha portato a numerosi incidenti gravi che coinvolgono treni in fuga e alla eventuale installazione del sistema di frenatura a vuoto automatico più sicuro. I sistemi di aspirazione automatici bloccavano tutti i freni di un treno in caso di interruzione dell’alimentazione del vuoto. Anche se più sicuri, i sistemi erano ancora lenti da inizializzare soprattutto nel caso di treni lunghi. Questi problemi di prestazioni hanno portato lentamente all’installazione diffusa di sistemi di frenatura ad aria compressa che sono più veloci da azionare e rilasciare e generalmente più sicuri.
Il sistema di frenatura a vuoto ha, al suo interno, una linea o un tubo a vuoto centrale che percorre la lunghezza del treno. La linea è tipicamente un tubo d’acciaio sui carrelli uniti con tubi flessibili tra i singoli carrelli. L’ultimo carrello ha un raccordo vuoto inserito alla fine della sua linea di vuoto per chiudere il circuito. Sulle locomotive a vapore, un espulsore fornisce il vuoto per i freni ed è regolato da una serie di leve nella cabina del conducente. Questi espulsori sono semplici dispositivi venturi a vapore che assorbono una pressione negativa sufficiente per azionare il sistema del freno a vuoto.
Quando è richiesta la forza frenante, il macchinista attiva l’espulsore che aspira l’aria dalla linea centrale, creando così un vuoto nel sistema. Un gruppo pistone di frenatura è montato sul lato inferiore di ciascun carrello e collegato alla linea di aspirazione centrale. Quando viene mosso dalla pressione negativa nel sistema, questo pistone attiva una serie di collegamenti che tirano le ganasce contro le ruote del carrello. Quando i freni vengono rilasciati, il vuoto si riduce e l’aria ritorna nel cilindro del pistone spostandolo indietro e riaprendo la pinza del freno per rilasciare le ruote.