Wassermühle
Eine Wassermühle ist eine meist historische technische Anlage, die mittels einer Wasserkraftmaschine durch Wasserkraft angetrieben wird und die kinetische Energie des Wassers nutzt. Bei der Anlage kann es sich um eine Mühle im engeren Sinne handeln, in der etwas gemahlen bzw. zerkleinert wird (Mahlmühle), oder um eine Mühle, in der sonstige Maschinen angetrieben werden (z. B. Hammerwerk, Sägemühle, Schleifmühle, Papiermühle, Pumpwerk, Pochmühle).
Für die Umsetzung der Wasserenergie in mechanische Arbeit kommen bei historischen Mühlen fast ausschließlich Wasserräder zum Einsatz; diese wurden in neuerer Zeit oft durch Wasserturbinen ersetzt.
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
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.[1][2][3][4][5]
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.[6]
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.[7][8] In einem Reisebericht Mosella aus dem Jahre 368 erwähnt der römische Beamte Ausonius erste Wassermühlen an Kyll und Ruwer, Nebenflüssen der Mosel.[9] Im fränkischen Volksgesetz Lex Salica aus der Zeit um das Jahr 450 werden Wassermühlen mit Stauwerk (Farinarius) erwähnt.[10][9] Die ältesten archäologisch nachgewiesenen Wassermühlen in Deutschland sind aus dem 1. Jahrhundert in Düren[7], aus dem Jahr 156 in Etting[11] sowie eine aus dem im 6. Jahrhundert in der alamannischen Siedlung Mittelhofen bei Lauchheim.[3]
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.[12]
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.
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.[13][14]
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
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.[15] 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.[15] 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 |
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 bewegen und unten entleert werden. 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 kostengündigere Wasserturbinen (Effizienz) ersetzt.
Mühle/Produktionsanlagen
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
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
Durch einige Sonderbauformen wurde versucht, Wassermühlen dem lokalen Angebot des Kraftwassers anzupassen:
- Gezeitenmühle – Antrieb nicht durch ein Fließgewässer, sondern durch Gezeitenströmung (Ebbe und Flut)
- Schiffsmühle – 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.
Weblinks
- Steffen Reichel: Wehr und Wasserbauten an Mühlen, private Website
Einzelnachweise
- Paul Demel: Mühlen links und rechts des Rheins. Mühlenverband Rhein-Erft-Rur, Gesellschaft für Technikgeschichte, abgerufen am 7. Oktober 2010.
- Axel Strunge: Die Entwicklungsgeschichte der Mühlen. (Nicht mehr online verfügbar.) Deutsche-Mühlen.de, archiviert vom Original am 25. März 2010; abgerufen am 7. Oktober 2010.
- Geschichte der Wassermühle. Mühlenroute (Touristikverband Landkreis Rotenburg an der Wümme), abgerufen am 7. Oktober 2010.
- Wassermühlen (Memento vom 11. April 2011 im Internet Archive), Jokers.ch, abgerufen am 7. Oktober 2010
- Christian Meyer: Wasserräder – die einstige Schlüsseltechnologie. Textfassung der Ausstellung im Rahmen der Infoschau „Wasser ist Leben“ auf dem Messegelände Berlin, 21.–25. April 1997. (Nicht mehr online verfügbar.) Archiviert vom Original am 14. Juni 2009; abgerufen am 7. Oktober 2010.
- Klaus Grewe: Die Reliefdarstellung einer antiken Steinsägemaschine aus Hierapolis in Phrygien und ihre Bedeutung für die Technikgeschichte (Memento vom 11. Mai 2011 im Internet Archive) (PDF; 2,0 MB), in: Martin Bachmann (Hrsg.): Bautechnik im antiken und vorantiken Kleinasien. Internationale Konferenz 13.−16. Juni 2007 in Istanbul, Byzas, Bd. 9, Istanbul 2009, ISBN 978-975-807-223-1, S. 432, 433
- Die älteste Wassermühle nördlich der Alpen. Welt Online, 26. August 2009, abgerufen am 7. Oktober 2010.
- Elke Silberer: Archäologen entdecken uralte Wassermühle. 25. September 2009, abgerufen am 7. Oktober 2010.
- Otfried Wagenbreth: Wasserkraftmaschinen: Typen und Funktionsweise, Geschichte und Einsatzbedingungen. In: Christoph Ohlig (Hrsg.): Wasserhistorische Forschungen. Schwerpunkt Montanbereich (= Schriften der Deutschen Wasserhistorischen Gesellschaft [DWhG]). Band 3. Deutsche Wasserhistorische Gesellschaft, Siegburg 2003, ISBN 3-8330-0729-X, S. 1–19.
- Dieter Besserer (Mindener Geschichtsverein): Von Handmühlen, Rossmühlen und Wassermühlen. In: Mindener Tageblatt, 30. September 2009, schiffmuehle.de (PDF; 101 kB).
- Gerd Riedel: Die römische Wassermühle bei Etting, 1999 hier online
- T. Rünger: Zwei Wassermühlen der Karolingerzeit im Rotbachtal bei Niederberg. In: Bonner Jahrbücher. Band 212, 2012, S. 167–226.
- Jürgen Giesecke, Emil Mosonyi, Stephan Heimerl: Wasserkraftanlagen: Planung, Bau und Betrieb. 5. Auflage. Springer, Heidelberg u. a. 2009, ISBN 978-3-540-88988-5.
- Nils-Viktor Sorge: Erneuerbare Energien – 25.000 Wassermühlen klappern für sauberen Strom. Spiegel Online, abgerufen am 7. Oktober 2010.
- Steffen Reichel: Wehr und Wasserbauten an Mühlen. Abgerufen am 7. Oktober 2010.