Wassermühle

Die Cordinger Mühle in der Lüneburger Heide, eine typische Wassermühle

Das Wasserrad der Heroldsmühle in Heiligenstadt in Oberfranken ist eines der größten in Deutschland

Eine Wassermühle ist ein technisches Bauwerk, in dem ein vom Wasser in Drehung versetztes Rad (Wasserrad) ein Mahlwerk antreibt. Vom zum Mahlwerk synonymen Wort Mühle stammt die Bezeichnung Wassermühle. Von einer Wassermühle wird gelegentlich auch gesprochen, wenn anstatt eines traditionell für Getreide benutzten Mahlwerks eine andere Arbeitsmaschine (z. B. ein Sägewerk, ein Hammerwerk oder ein Pochwerk) angetrieben wird. Eine Wassermühle enthält aber immer beides:

• ein Wasserrad, das als Kraftmaschine die Energie des fallenden oder sich geradlinig bewegenden Wassers in Energie einer rotierenden Welle umwandelt, und
• ein über diese Welle angetriebene Arbeitsmaschine.

Hingegen ist eine Wasserturbine ausschließlich eine Kraftmaschine (Wasser-Kraftmaschine). In Wasserkraftwerken sind zwei Kraftmaschinen hintereinander angeordnet. In der Turbine wird die Energie des bewegten Wassers in Rotationsenergie einer Welle und diese mittels eines Generators (elektrische Kraftmaschine) in elektrische Energie umgewandelt und nach außen abgegeben.

Das zum Antrieb nötige Wasser (Aufschlagwasser) wird normalerweise einem Fließgewässer entnommen. Je nach örtlichen Gegebenheiten sind zur Erhöhung der Fallhöhe und zur Speicherung von Wasser Teiche, Stauwehre, Kanäle oder andere Wasserbauwerke erforderlich, siehe dazu auch Schlacht (Wasserbauwerk).

Geschichte

Mittelalterliche Darstellung einer Wassermühle

Einlaufkanal einer antiken römischen Mühle mit vertikalem Mühlrad

Wassermühlen sind sehr alte von Menschen genutzte Bauwerke, die nicht durch Muskelkraft von Menschen oder Tieren angetrieben wurden. Durch Wasserkraft angetriebene Schöpfräder zur Bewässerung („Noria“) sind bereits aus dem 5. Jahrhundert v. Chr. aus Mesopotamien bekannt. Erste Mahlmühlen mit Wasserkraftantrieb sind aus dem 3. Jahrhundert v. Chr. aus China belegt. Auch die alten Ägypter, Perser und später die Griechen und Römer verwendeten Wassermühlen, wie es aus einem Gedicht von Antipatros von Thessalonike, einem Reisebericht des Geographen Strabon oder den detaillierten technischen Beschreibungen von Philon von Byzanz oder Vitruv bekannt ist.

Die Sägemühle von Hierapolis war eine in die zweite Hälfte des 3. Jahrhunderts n. Chr. datierte wasserbetriebene Steinsäge, erstmals mit Kurbelwelle und Pleuelstange. Von Marmorplatten als Wandverkleidung im Haus des Maussolos (gest. 351 v. Chr.) in Halikarnassos berichteten schon Vitruv und Plinius der Ältere. Am Artemis-Tempel von Gerasa (Jordanien) (6. Jh. n. Chr.) wurden die Reste eines wasserbetriebenen Steinsägewerks mit zwei gegenüberstehenden Gattersägen mit je vier Sägeblättern gefunden.

Bei Barbegal in Südfrankreich wurde ein römischer Mühlenkomplex mit 16 Mühlrädern gefunden, der aus dem 2. Jahrhundert stammt und der über ein Aquädukt versorgt wurde.

Die Römer brachten die Wassermühlentechnik auch nach Deutschland, wie durch einen Fund bei Düren im Rheinland aus der Zeit um Christi Geburt erkennbar ist. In einem Reisebericht Mosella aus dem Jahre 368 erwähnt der römische Beamte Ausonius erste Wassermühlen an Kyll und Ruwer, Nebenflüssen der Mosel. Im fränkischen Volksgesetz Lex Salica aus der Zeit um das Jahr 450 werden Wassermühlen mit Stauwerk (Farinarius) erwähnt. Die ältesten archäologisch nachgewiesenen Wassermühlen in Deutschland sind aus dem 1. Jahrhundert in Düren, aus dem Jahr 156 in Etting sowie eine aus dem im 6. Jahrhundert in der alamannischen Siedlung Mittelhofen bei Lauchheim.

Im Jahr 2005 wurden bei einer archäologischen Ausgrabung im Rotbachtal bei Erftstadt-Niederberg (Nordrhein-Westfalen, Kr. Düren) die Überreste einer im Jahr 833 nach Christus erbauten Wassermühle entdeckt. Das Wasserrad der unterschlächtig betriebenen Anlage konnte zu einem Durchmesser von rund 1,65 m rekonstruiert werden und war mehrere Jahrzehnte in Betrieb.

Ab dem Mittelalter waren Wasserräder als Antrieb von Mahlmühlen und verschiedenen anderen Maschinen in ganz West- und Mitteleuropa bis in den Nord- und Ostseeraum verbreitet.

Mit zunehmender Verbreitung benutzten die Machthaber und Grundherren die Wassermühlen als Einnahmequelle für Steuern. Neben dem Mühlenrecht und dem Mühlenzwang, der für Mühlen mit Antrieben aller Art und insbesondere für Getreidemühlen galt, waren für Wassermühlen noch einige zusätzliche Regularien von Bedeutung: Für die Nutzung des Staurechtes wurde meist eine besondere Abgabe fällig (Wassererkenntnis, Wasserzins, …).

Ab dem 17. Jahrhundert fanden wasserkraftgetriebene Maschinen („Wasserkunst“) auch starke Verwendung im Bergbau und im vorindustriellen Gewerbe. Mit der Industrialisierung konkurrierten die Wassermühlen, wie auch Wind- und Göpelmühlen, zunehmend mit flexibel einsetzbaren und leistungsfähigen Dampfmühlen, mit Verbrennungsmotoren und schließlich mit elektrisch angetriebenen Mühlen. Die industriellen Großmühlen verdrängten mehr und mehr die kleinen klassischen Handwerksmühlen; diese wurden unwirtschaftlich, so dass es Ende des 19. Jahrhunderts zu einem „Mühlensterben“ kam.

Francis-Turbine der Firma „Gebrüder Ruch G.m.b.H. Oberkirch (Baden)“, mit welcher 1925 das Wasserrad der Mühle ersetzt wurde.

Mit der zunehmenden Elektrifizierung stellten diejenigen Wassermühlen, die in Betrieb blieben, ihren Wasserkraftantrieb vielfach vom Wasserrad auf eine der neu entwickelten, effektiveren Wasserturbine um, die mittels eines Generators Strom für den Antrieb der elektrischen Maschinen in der Mühle erzeugte (turboelektrischer Antrieb). Überschüsse konnten in das elektrische Netz eingespeist werden. Letztere Funktion war häufig der Hauptzweck, nachdem die Müllerei aufgegeben wurde; die ehemalige Wassermühle wurde so zum reinen Wasserkraftwerk.

Nachdem bereits viele Wasser- und Windmühlen stillgelegt und abgerissen waren, besann man sich in der Mitte des 20. Jahrhunderts auf die Bedeutung dieser Bauwerke als Technikdenkmal. Ein Teil der Mühlen konnte so in mehr oder weniger ursprünglichem Zustand als Technikmuseum oder für andere Zwecke (oft als Restaurant o. ä.) erhalten werden.

Seit Ende des 20. Jahrhunderts werden historische Wassermühlen im Zuge der verstärkten Bedeutung der klimaneutralen erneuerbaren Energien verstärkt wiederbelebt und zu Kleinwasserkraftwerken umgenutzt. Die Basis hierfür bilden moderne Wasserräder, die den historischen Charakter der Mühle erhalten und so dem Denkmalschutz gerecht werden, die aber in ihrer Effektivität den Wasserturbinen kaum nachstehen.

Aufbau und Technik

Bestimmend für die erreichbare Leistung einer Wassermühle sind die Fallhöhe, die Fließgeschwindigkeit, die Wassermenge und der Wirkungsgrad.

Ein Wassermühlenbauwerk besteht meist aus drei Teilen, die nachfolgend erläutert werden:

• Wasserbauwerke zur Führung und Speicherung des Aufschlagwassers
• Antrieb bestehend aus Wasserkraftmaschine (Wasserrad, Wasserturbine) und der Kraftübertragung zur Arbeitsmaschine
• Produktionsanlage (Mühle im engeren Sinne) mit den Mahlwerken oder sonstigen Arbeitsmaschinen

Wasserbauwerke

Stauwehr an der Glanfurt, Abzweig des Ebentaler Kanals als Wasserzufuhr für die Ebentaler Mühle (nahe Klagenfurt, Österreich)

Die einfachste Form der Wassermühle ist die, bei der die Mühle direkt an das Ufer des antreibenden Fließgewässers platziert wird, ohne dass dessen Lauf verändert wird. Die Mühle kann im Extremfall sogar als Schiffsmühle auf der Wasseroberfläche schwimmen. Das Wasser wird weder umgeleitet noch aufgestaut, das Wasserrad taucht nur mit den Schaufeln an der Unterseite ins Wasser ein (tief- oder unterschlächtiges Mühlrad). Solche Mühlen sind aber nicht sehr leistungsfähig und sie verlangen entsprechend nach einem breiten Mühlrad und einem größeren Fluss, der stets genügend Wasser führt.

Um Wassermühlen auch an Wasserläufen mit wenig Wasser oder mit geringem Gefälle errichten zu können, ist es notwendig, die Kraft des Wassers zu verstärken, indem die Fallhöhe und somit der Impuls/Druck des Aufschlagwassers vergrößert wird. Das Wasserrad wird seitlich auf Höhe der Welle (mittelschlächtig) oder von oben (oberschlächtig) mit dem Kraftwasser beaufschlagt.

Die Erhöhung der Fallhöhe geschieht entweder dadurch, dass ein Teilstrom des antreibenden Wasserlaufes von ihm abgezweigt wird und in einem Kanal (häufig „Mühlengraben“ genannt), seltener auch über ein aufgeständertes Gerinne oder einen unterirdischen Stollen mit geringerem Gefälle parallel geführt wird. Wenn die gewünschte Höhendifferenz erreicht ist, wird das Wasser über das Mühlrad geführt und dem Wasserlauf wieder zugegeben.

Die andere Möglichkeit, die Fallhöhe zu erhöhen, ist es, den Wasserlauf durch einen Staudamm oder ein Wehr aufzustauen. Die Staustufe, auch Mühlenstau genannt, hat neben der Erhöhung der Fallhöhe auch den positiven Effekt, dass im Stausee (Mühlenteich) Wasser gespeichert wird, das bei Bedarf abgerufen werden kann. So ist die Mühle in Zeiten, in denen der speisende Wasserlauf wenig Wasser führt, weniger vom Wasserstand abhängig.

Insbesondere im Bergbau wurde für die Speicherung und Führung des Kraftwassers für die Wasserkünste hoher Aufwand getrieben und es wurden teilweise weitverzweigte Systeme aus Stauseen (Kunstteichen), Kanälen (Kunstgräben) und Stollen (Rösche, Wasserlauf) angelegt. Bekannte Beispiele für solche Systeme sind das Oberharzer Wasserregal oder die Freiberger Revierwasserversorgung.

Wasserkraftmaschinen

Oberschlächtiges Wasserrad

Unterschlächtiges Wasserrad

→ Hauptartikel: Wasserkraftmaschine

Die Strömungsenergie des Wassers wird mit einer Wasserkraftmaschine in mechanische Arbeit umgesetzt. Dazu werden meist Wasserräder verwendet. Man unterscheidet oberschlächtige und unterschlächtige Wasserräder. Beim oberschlächtigen Wasserrad fließt das Wasser oben über das Rad und dreht dieses durch das Gefälle schnell entgegen der Flussrichtung. Beim unterschlächtigen Wasserrad steht der Unterteil des Rades im Fluss und dieser dreht das Rad gemächlich und kraftvoll in Flussrichtung.

Nur in seltenen Spezialfällen kamen die in ihrer Konstruktion sehr einfachen, aber wenig effektiven Gnepfen zum Einsatz. Eine Gnepfe ist eine Wippe mit einem Eimer an einem Ende, der oben gefüllt sich nach unten bewegt und unten entleert wird. Die dadurch ausgelöste Kippbewegung wird in einem Schlagwerk genutzt.

Ab dem 19. Jahrhundert finden sich, vor allem im Bergbau, vereinzelt auch von Dampfmaschinen abgeleitete Wassermotoren.

In neuerer Zeit (siehe Abschnitt Geschichte) wurden viele Wassermühlen modernisiert und die Wasserräder wurden durch wirkungsvollere und kostengünstigere Wasserturbinen (Effizienz) ersetzt.

Mühle/Produktionsanlagen

→ Hauptartikel: Mühle

Wie bei anderen Mühlen kann es sich auch bei Wassermühlen um Mühlen im engeren oder im weiteren Sinne handeln. Das heißt, entweder wird hier etwas gemahlen bzw. zerkleinert (z. B. Getreidemühle, Ölmühle, Gipsmühle) oder die Wasserkraft dient als Antrieb für diverse Arbeitsmaschinen (z. B. Sägemühle, Hammermühle, Schleifkotten). Letztere Nutzung war bei Wassermühlen gebräuchlicher als bei Wind- oder Göpelmühlen.

Vor- und Nachteile gegenüber anderen Mühlentypen

Die Hüvener Mühle kombiniert als Windwassermühle die Vorteile von Wasser- und Windmühle

Gegenüber anderen Mühlentypen weisen Wassermühlen eine Reihe von Vor- und Nachteilen auf:

Der größte Vorteil der Wasserkraft ist, dass sie als natürliche und erneuerbare Energiequelle (außer bei anhaltendem Frost) prinzipiell unbegrenzt und kostenlos zur Verfügung steht. Das gilt zwar auch für Windmühlen als Konkurrenz zu den Wassermühlen; allerdings sind diese stärker vom Wetter abhängig als Wassermühlen. Natürlich ist die Menge an zur Verfügung stehendem Aufschlagwasser auch bei Wassermühlen von jahreszeitlichen Schwankungen der Niederschlagsmenge abhängig, allerdings sind diese nicht ganz so schnell veränderlich wie der Wind und im Gegensatz zum Wind kann das Wasser gestaut, in einem Mühlenteich gespeichert und von dort bedarfsgerecht abgerufen werden.

Bedingung für die Nutzung der Wasserkraft ist die Voraussetzung, dass ein Gewässer mit ausreichendem Gefälle vorhanden ist, das auch in Trockenperioden genügend Wassermenge führt. Da diese Bedingung im Flachland vielerorts nicht erfüllt ist, dort hingegen oft der Wind stärker und gleichmäßiger blies, hat sich in den küstennahen, flachen Regionen die Windmühle als vorherrschender Mühlentyp etabliert, in den bergigeren Regionen die Wassermühle.

Problematisch ist der Betrieb von Wassermühlen in Gegenden, in denen es regelmäßig im Winter zu anhaltendem Frost kommt, da zu Zeiten, in denen das Fließgewässer, an dem die betreffende Mühle liegt, vereist ist, ein Wassermühlenbetrieb nicht möglich ist.

Ein Versuch, die Vorteile von Wind- und Wassermühle zu kombinieren, ist die Windwassermühle. Diese Hybridform ist aber nur für wenige Standorte geeignet, es existieren nur wenige Mühlen dieser Art.

Sonderbauformen

Schiffsmühle in der Gemeinde Sveti Martin na Muri, Kroatien

Durch einige Sonderbauformen wurde versucht, Wassermühlen dem lokalen Angebot des Kraftwassers anzupassen:

• Gezeitenmühle – Antrieb nicht durch ein Fließgewässer, sondern durch Gezeitenströmung (Ebbe und Flut)
• Schiffmühle – schwimmende Mühle mit tiefschlächtigem Mühlrad
• Windwassermühle – Kombination einer Wassermühle mit einer Windmühle

Literatur

• Peter Nikolaus Caspar Egen: Untersuchungen über den Effekt einiger in Rheinland-Westphalen bestehenden Wasserwerke. (Hrsg.): Ministerium des Innern für Handel, Gewerbe und Bauwesen, Teil I–II. A. Petsch, Berlin 1831 (Google-Books, detaillierte Darstellung der Mechanik und Technik)
• Wolfgang Czysz: Die ältesten Wassermühlen. Archäologische Entdeckungen im Paartal bei Dasing. Hrsg.: Klostermühlenmuseum Thierhaupten. 1998
• Berthold Moog: Wassermühlen. In: Mühlenbrief. Nr. 6. Vereinigung Schweizer Mühlenfreunde, Ersigen Oktober 2005, S. 3–7 (muehlenfreunde.ch [PDF; 1,5 MB]). 
• Karl Schumacher: Die Mühlen im Heisterbacher Tal – Wie sie klapperten vom Mittelalter bis zur Neuzeit – Wasserwirtschaft, Historische Entwicklung, Mühlentechnik, Legenden und Gedichte, Prinzip-Lageplan. Hrsg.: Heimatverein Oberdollendorf und Römlinghoven e. V. 2., durchgesehene Aufl., Königswinter 2011.
• Christian Meyer-Hermann: Die Jahrhunderte der Wassermühlen, CW Niemeyer Buchverlage, 2011
• Torsten Rüdinger, Philipp Oppermann: Kleine Mühlenkunde – Deutsche Technikgeschichte vom Reibstein zur Industriemühle. 2. Auflage. terra press, Berlin 2012, ISBN 978-3-9811626-7-7.
• Daniel Schneider: Das Mühlengewerbe in der Grafschaft Sayn-Altenkirchen. In: Heimat-Jahrbuch des Kreises Altenkirchen. 59, 2016, S. 219–237.
• Christian Zumbrägel: „Viele Wenige machen ein Viel“ – Eine Technik- und Umweltgeschichte der Kleinwasserkraft (1880–1930), Paderborn 2018, ISBN 978-3-657-78746-3. (schoeningh.de)

Weblinks

Commons: Wassermühlen – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Wikisource: Mühlen – Quellen und Volltexte

• Literatur von und über Wassermühle im Katalog der Deutschen Nationalbibliothek
• Steffen Reichel: Wehr und Wasserbauten an Mühlen, private Website
• Bauernmühlenschema nach Horst Gutjahr, private Website