Inventati da George Westinghouse nei primi anni del 1870, i freni ad aria sono un metodo efficace per arrestare in sicurezza veicoli di grandi dimensioni e carichi pesanti. I veicoli più piccoli, come l’automobile di famiglia, normalmente usano freni a comando idraulico per fermarsi. La differenza tra questi due sistemi di frenatura è la forza utilizzata per innestare il meccanismo di frenatura.
I freni idraulici usano liquido compresso per innestare i freni, mentre i freni ad aria usano aria compressa. Il liquido compresso va bene per i veicoli più leggeri, poiché l’aria compressa sarebbe troppo potente, travolgendo il sistema frenante. Il liquido in pressione, tuttavia, non sarebbe abbastanza potente da fermare veicoli pesantemente carichi, come i grandi impianti di perforazione di rimorchi per trattori a 18 ruote che vagano per le strade oggi. Alcuni di questi grandi camion pesano quasi 40 tonnellate (36,288 kg) quando sono completamente carichi di carico.
In sostanza, il tipico sistema che aziona i freni ad aria in questi grandi camion è costituito da un sistema di alimentazione e un sistema di controllo. Il sistema di alimentazione inizia con il compressore d’aria, che aspira l’aria dall’atmosfera, comprime l’aria e la invia all’essiccatore. L’essiccatore d’aria rimuove l’umidità e le impurità dall’aria e invia l’aria compressa attraverso una rete di valvole e linee d’aria ai serbatoi dell’aria o ai serbatoi, dove è immagazzinata, pronta per l’uso. Il sistema di controllo è il processo mediante il quale l’aria compressa viene inviata a tutti i cilindri delle ruote, attivando in tal modo i meccanismi di frenatura di ogni singola ruota.
Quando il conducente preme il pedale del freno, viene attivato il sistema di valvole di ritegno in tutto il sistema di frenatura e l’aria compressa nei serbatoi dell’aria viene inviata attraverso le linee dei freni alle ruote. L’aria compressa entra nei cilindri del freno dove viene modulata in base alla forza con cui il conducente preme il pedale del freno. L’aria aumenta nel cilindro del freno quando il guidatore preme il pedale più forte. Quando il conducente rilascia i freni ad aria, l’aria fuoriesce dai cilindri dei freni e le ruote possono ruotare liberamente.
La maggior parte dei freni ad aria sono meccanismi di frenatura a tamburo, sebbene i freni ad aria a disco stiano diventando più comuni con i sistemi di frenatura ad aria. Il meccanismo del freno a tamburo è costituito da una camera cava, o tamburo, all’interno della quale sono presenti due pattini. Quando i freni sono attivati, l’aria viene forzata nel cilindro del freno a ruotare una camma che, a sua volta, preme le due ganasce del freno contro le pareti del tamburo del freno. L’attrito della scarpa contro il tamburo porta il veicolo a fermarsi. I freni a disco funzionano sostanzialmente secondo lo stesso principio, con l’attrito delle pastiglie contro i rotori dei freni che fa arrestare il veicolo.