Wer nach einer Drohne ohne Propeller sucht, stößt auf zwei sehr verschiedene Dinge: auf Modelle, deren Rotoren hinter Ringen verschwinden, und auf Forschungsberichte über Fluggeräte, die ganz ohne bewegte Teile abheben. Beides ist echt, nur bedeutet es Verschiedenes. Dieser Artikel sortiert, was heute fliegt, was es leistet und wie weit der lautlose Antrieb wirklich schon ist.
Das Wichtigste in Kürze
- Keine kaufbare Drohne fliegt ohne Rotor. Was so beworben wird, hat meist einen Mantelpropeller.
- Der Ring bringt bis zu 50 % mehr Schub bei gleichem Durchmesser, weil die Randwirbel wegfallen.
- Der Ionenantrieb fliegt ohne bewegte Teile, angetrieben von 40.000 Volt zwischen zwei Elektroden.
- Der MIT-Demonstrator von 2018 flog rund 55 Meter weit, bei 5 m Spannweite und etwa 2,5 kg.
- Für einen Multikopter reicht der Schub bei Weitem nicht, dort muss das ganze Gewicht senkrecht getragen werden.
Drei Dinge, die mit der Frage gemeint sein können
Die Suche nach der propellerlosen Drohne führt in drei verschiedene Richtungen, und es lohnt, sie auseinanderzuhalten:
Der Mantelpropeller. Der Rotor steckt in einem geschlossenen Ring und ist von außen kaum zu sehen. Diese Bauform gibt es zu kaufen, sie heißt im FPV-Bereich Cinewhoop und wird für Flüge in Innenräumen und nah an Objekten benutzt.
Der Ionenantrieb. Ein Fluggerät ohne jedes bewegte Teil, das Luft über elektrische Felder beschleunigt. Es existiert als Forschungsdemonstrator und in Prototypen einzelner Firmen.
Der Marketingbegriff. Manche Anbieter bewerben Modelle mit Propellerschutz als propellerlos. Dahinter steckt ein gewöhnlicher Quadcopter mit Käfig, und die vier Rotoren drehen sich darin genauso wie sonst auch.
Warum eine Drohne überhaupt einen Rotor braucht
Jedes Fluggerät, das schwerer als Luft ist, arbeitet nach demselben Grundsatz: Es beschleunigt Luft nach unten und bekommt dafür Schub nach oben. Die dafür nötige Kraft hängt an zwei Größen, nämlich wie viel Luftmasse pro Sekunde bewegt wird und wie stark.
Genau hier liegt der Vorteil des Propellers. Er erfasst mit seiner Kreisfläche eine große Luftmasse und beschleunigt sie moderat, und das ist energetisch der günstige Weg. Ein Antrieb, der wenig Luft sehr stark beschleunigt, braucht für denselben Schub deutlich mehr Leistung.
Diese Grundrechnung erklärt zugleich, warum große Propeller effizienter sind als kleine und warum ein Antrieb ohne Rotor es so schwer hat: Ihm fehlt die Fläche, mit der er Luft greifen kann.
Der Mantelpropeller: Rotor im Ring
Ein freier Propeller verliert Schub an den Blattspitzen. Dort trifft der Überdruck der Unterseite auf den Unterdruck der Oberseite, es entsteht ein Randwirbel, und dieser Wirbel bewegt Luft im Kreis statt nach unten. Ein Ring dicht um den Rotor schließt diesen Spalt.
Der Ring schließt den Spalt an den Blattspitzen. Genau dort geht beim offenen Propeller ein Teil des Schubs verloren.
Die Fachliteratur zu Mantelpropellern nennt für gleiche Durchmesser Zugewinne von bis zu 50 Prozent Schub und eine etwa doppelte Nutzlast. Wichtig ist dabei eine Unterscheidung: Der Wirkungsgrad des Propellers selbst wird dadurch nicht besser. Was besser wird, ist der Schub, den ein bestimmter Durchmesser hergibt, und bei einer Drohne, die durch Türrahmen passen muss, ist genau das die knappe Größe.
Der zweite Vorteil wiegt in der Praxis oft schwerer: Berührschutz. Ein Ring verhindert, dass ein Rotorblatt eine Wand, einen Ast oder eine Person trifft. Deshalb sind Cinewhoops die übliche Bauform, wenn dicht an Objekten vorbei oder in Innenräumen geflogen wird.
Bezahlt wird das mit Gewicht. Die Ringe wiegen spürbar, und jedes Gramm geht von der Flugzeit ab. Ein Cinewhoop fliegt deshalb in der Regel kürzer als ein offener Quadcopter derselben Klasse.
Der Ionenantrieb: Schub ohne bewegte Teile
Der einzige Antrieb, der die Frage nach der propellerlosen Drohne ernsthaft beantwortet, arbeitet mit elektrischen Feldern statt mit Flügeln.
Das Prinzip heißt elektroaerodynamischer Antrieb und funktioniert so: Zwischen zwei Elektroden liegt eine sehr hohe Spannung. An der ersten, einem dünnen Draht, ist das elektrische Feld so stark, dass es Elektronen aus den Stickstoff- und Sauerstoffmolekülen der Luft reißt. Die Moleküle bleiben positiv geladen zurück und wandern als Ionen zur zweiten Elektrode. Auf diesem Weg stoßen sie ständig mit neutralen Luftmolekülen zusammen und nehmen sie mit. Das Ergebnis ist ein Luftstrom, der sogenannte Ionenwind, und der erzeugt Schub.
Kein Teil des Antriebs bewegt sich dabei.
Der Nachweis von 2018. Ein Team um Steven Barrett am MIT baute dafür den ersten Demonstrator, der aus eigener Kraft flog, und veröffentlichte das Ergebnis in der Fachzeitschrift Nature. Die Eckdaten dieses Fluggeräts:
| Wert | Angabe |
|---|---|
| Spannweite | rund 5 m |
| Masse | etwa 2,5 kg |
| Spannung | 40.000 V |
| Flugstrecke je Versuch | rund 55 m |
| Geschwindigkeit | rund 17 km/h |
| Versuche | 10 Flüge in einer Sporthalle |
Seither arbeiten mehrere Gruppen an der Weiterentwicklung, darunter das Unternehmen Undefined Technologies aus Florida, das die Technik in Richtung eines fliegenden Arbeitsgeräts bringen will. Auch die NASA hat Mittel in verwandte Antriebskonzepte gesteckt.
Warum daraus noch keine Kameradrohne wird
Zwischen diesem Segler und einer Drohne, die vor deinem Haus schwebt, liegen mehrere Größenordnungen. Vier Hürden erklären, warum:
Der Schub reicht nicht. Ein Segler erzeugt seinen Auftrieb über die Tragfläche, der Antrieb muss nur den Luftwiderstand überwinden. Ein Multikopter dagegen trägt sein komplettes Gewicht mit dem Antrieb. Der Ionenwind liefert dafür heute einen Bruchteil dessen, was nötig wäre.
Die Fläche fehlt. Um genug Luft zu greifen, braucht der Antrieb große Elektrodenflächen. Genau das führte beim MIT-Gerät zu fünf Metern Spannweite für zweieinhalb Kilogramm.
Die Hochspannung ist unhandlich. 40.000 Volt an einem Fluggerät verlangen Isolation, Abstände und einen Wandler, der aus einem Akku diese Spannung erzeugt. Dieser Wandler wiegt selbst etwas, und Gewicht ist die knappste Ressource.
Die Steuerung ist offen. Ein Multikopter regelt seine Lage über die Drehzahl einzelner Motoren, und zwar hunderte Male pro Sekunde. Ein Ionenantrieb ohne bewegte Teile bräuchte ein anderes Verfahren, um dieselbe Reaktionsschnelligkeit zu erreichen.
Was die Technik dagegen schon heute auszeichnet: Sie ist nahezu lautlos. Bei Multikoptern entsteht das typische Sirren an den Blattspitzen, und genau diese Quelle fehlt. Für Inspektionsflüge an Gebäuden, für Aufnahmen in ruhiger Umgebung oder für Einsätze in der Nähe von Tieren wäre das ein echter Fortschritt. Wie laut heutige Drohnen wirklich sind und woher der Lärm kommt, behandelt der Artikel Wie funktioniert eine Drohne?.
Was du heute kaufen kannst
Wer den Rotor aus dem Blick oder aus der Gefahrenzone bekommen will, hat zwei realistische Wege:
Ein Cinewhoop ist die konsequente Umsetzung des Mantelprinzips. Die Rotoren stecken vollständig in Ringen, das Gerät darf Wände berühren und eignet sich für Innenaufnahmen. Welche Modelle es gibt und worauf es ankommt, steht im Artikel zum Cinewhoop.
Ein Propellerschutz ist der kleine Bruder davon. Er wird an eine vorhandene Drohne gesteckt, umschließt die Rotoren aber nur teilweise und liegt weiter von den Blattspitzen entfernt. Den Schubgewinn eines echten Mantels bringt er deshalb nicht, den Berührschutz weitgehend schon. Details dazu im Artikel Propellerschutz für Drohnen.
Für alles, was mit den Propellern selbst zu tun hat, von der Drehrichtung bis zum Wechsel, gibt es den Artikel Drohnen-Propeller.
Fazit: der Ring ist die Gegenwart, das Feld die Zukunft
Eine Drohne ohne jeden Rotor gibt es zu kaufen bisher nicht, und daran wird sich kurzfristig wenig ändern. Der Mantelpropeller ist die praktikable Antwort auf dieselbe Idee: Er versteckt den Rotor, schützt die Umgebung und holt bei gleichem Durchmesser sogar mehr Schub heraus. Der Ionenantrieb bleibt die spannendere Geschichte, weil er das Problem grundsätzlich löst und dabei fast lautlos arbeitet. Bis er ein Kilogramm Kameratechnik senkrecht in der Luft hält, ist es allerdings noch weit, und der Weg dorthin führt über deutlich mehr Schub pro Fläche.
Häufige Fragen
Gibt es Drohnen ohne Propeller zu kaufen?
Nein, keine fliegende Drohne kommt heute ohne Rotor aus. Was im Handel als propellerlos beworben wird, sind fast immer Modelle mit Mantelpropeller: Der Rotor sitzt in einem geschlossenen Ring und ist von außen kaum sichtbar. Echte Antriebe ohne bewegte Teile gibt es bisher nur als Forschungsgeräte und Prototypen.
Was ist ein Mantelpropeller?
Ein Mantelpropeller ist ein Rotor, der in einem geschlossenen Ring läuft. Der Ring verhindert die Randwirbel an den Blattspitzen, die bei einem freien Propeller Schub kosten. Bei gleichem Durchmesser liefert die Bauform dadurch deutlich mehr Schub, nach Angaben aus der Fachliteratur bis zu 50 Prozent. Cinewhoops nutzen dieses Prinzip.
Wie funktioniert ein Ionenantrieb in der Luft?
Zwischen zwei Elektroden liegt eine sehr hohe Spannung an, im MIT-Versuch 40.000 Volt. Am dünnen Draht der ersten Elektrode reißt das elektrische Feld Elektronen aus den Luftmolekülen, die dadurch positiv geladen werden. Diese Ionen wandern zur zweiten Elektrode und stoßen auf dem Weg neutrale Luftmoleküle an. Es entsteht ein Luftstrom, der Schub erzeugt, ohne dass sich ein Bauteil bewegt.
Ist ein Ionenantrieb wirklich lautlos?
Weitgehend. Weil kein Rotor Luft schlägt, fehlt das typische Sirren, das bei Multikoptern aus den Blattspitzen kommt. Ein leises Zischen der Entladung bleibt hörbar. Genau diese Eigenschaft macht die Technik für Inspektionsflüge und für Aufnahmen in ruhiger Umgebung interessant, wo eine Drohne heute jeden stört.
Warum fliegt noch keine Kameradrohne mit Ionenantrieb?
Das Schub-Gewicht-Verhältnis reicht nicht. Der MIT-Demonstrator von 2018 war ein Segler mit fünf Metern Spannweite und rund 2,5 Kilogramm Gewicht, der etwa 55 Meter weit und mit 17 km/h flog. Ein Multikopter muss dagegen sein gesamtes Gewicht senkrecht in der Schwebe halten. Dafür fehlt der Technik derzeit um ein Vielfaches der Schub.
Sind Drohnen mit Mantelpropeller leiser?
Etwas, aber der Effekt wird überschätzt. Der Ring dämpft den Schall, den die Blattspitzen abstrahlen, und verändert dessen Klangfarbe. Zugleich braucht ein Cinewhoop höhere Drehzahlen, weil der Rotor kleiner ist. In der Summe klingt eine solche Drohne anders als ein offener Quadcopter, meist tiefer, und sie ist selten deutlich leiser.
Was bringt ein Mantelpropeller außer Schub?
Vor allem Sicherheit. Der geschlossene Ring verhindert, dass ein Rotorblatt Personen, Wände oder Äste trifft. Deshalb sind Cinewhoops die übliche Bauform für Flüge in Innenräumen und dicht an Objekten vorbei. Der Preis dafür ist Gewicht: Die Ringe wiegen spürbar, was Flugzeit und Agilität kostet.
Kann ich meine Drohne auf Mantelpropeller umbauen?
Bei FPV-Selbstbauten ja, dort gibt es Rahmen mit integrierten Ringen, die den kompletten Aufbau ersetzen. Ein Nachrüsten einzelner Ringe an einem offenen Rahmen funktioniert selten, weil Abstand, Steifigkeit und Rotordurchmesser zusammenpassen müssen. Bei Kameradrohnen wie einer DJI Mini bleibt nur der aufsteckbare Propellerschutz, der weniger leistet als ein echter Mantel.