En los vehículos con este tipo de frenos hay un compresor que llena con aire comprimido un recipiente o tanque acumulador y cuando se acciona el pedal de freno, que funciona como una válvula reguladora de presión, se alimenta con aire comprimido la cámara de frenos. La presión del aire depende de cuanto se apriete el pedal, a medida que se aprieta más la presión es mayor.
En la cámara de aire hay un diafragma que está conectado a la varilla de empuje. El aire comprimido entra a la cámara y empuja con fuerza el diafragma desplazando la varilla de empuje, y esta varilla a su vez, acciona la palanca con la leva que abre las zapatas para producir el frenado, el que será mayor o menor en dependencia de la fuerza aplicada sobre el pedal de freno.
Los frenos de aire mas modernos funcionan de manera invertida, dentro de la cámara de aire hay un poderoso resorte que mantiene las zapatas abiertas y el automóvil detenido cuando no hay presión de aire, lo que a su vez sirve como freno de estacionamiento.
Para liberar las ruedas lo que se hace es aplicar la presión de aire sobre un pistón que vence la fuerza del resorte y con ello se produce la liberación de las zapatas. Cuando se aprieta el pedal del freno lo que pasa es que se reduce la presión de aire que está venciendo la fuerza del resorte, de modo que este comienza a producir el movimiento de la varilla de empuje y apretar las zapatas contra la tambora. A medida que se aprieta más el pedal, la presión de aire dedicada a vencer el resorte es cada vez menor y este, consecuentemente aumenta la fuerza de frenado.
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