Wassermühle
Wassermühlen sind historische Anlagen, die durch die Kraft des Wassers angetrieben werden und dadurch Muskelarbeit einsparen.
Zur Umsetzung der Wasserenergie wurden Wasserräder eingesetzt, heutzutage Wasserturbinen. Die Effektivität der Wassermühle hängt von der Größe des Wasserrades und der Durchflussmenge des Wassers ab.
Um das Maximale herauszuholen gibt es viele Methoden: Erhöhung der Fallhöhe, Speichern des Wassers in Teichen, Stauwehren oder Anpassung der Kanalbreite.
Durch den Einsatz der Wassermühlen konnten viele lebensnotwendige Produkte und Gebrauchsgegenstände hergestellt werden. Es gab zum Beispiel Mahl-,
Papier-, Säge-, Bohr-, Öl- und Hammermühlen. In anderen Ländern, zum Beispiel den Niederlanden, gab es
Pumpmühlen, um Gelände trocken zu legen oder Wasser aus Brunnen hoch zu pumpen. Beispiele für Wassermühlen findest du im Menüpunkt "Mühlen".
Geschichte
Die Geschichte der Wassermühlen greift weit in die Vergangenheit zurück, vor 3000 Jahren entstanden die ersten Wasserräder in Persien und China. Es waren Schöpfräder, an denen Krüge befestigt waren, um das Wasser zur Bewässerung auf die Felder zu bringen.
Das rechte Bild stellt das Schöpfrad bzw. die Noria in Hama (Syrien) dar.
Schon die Römer verwendeten Wassermühlen für den Mahlvorgang. Der römische Architekt Marcus Vitruvius Pollio (25 v. Chr.) beschreibt genau den Funktionsmechanismus einer Wassermühle und des Wasserschöpfrades. Ein römisches Mosaikbild aus dem Palast von Byzanz um 400 n.Chr. beweist zusätzlich die Kenntnisse zu den Wassermühlen (s. linkes Bild).
Seit dem 8. Jahrhundert fand auch die Wassermühle eine Verwendung im deutschen Raum, da diese Technik durch die Römer eingeführt wurde. Das beweist ein archäologischer Fund aus dem Jahr 2009 bei Düren im Rheinland. Diese bisher älteste nachgewiesene Wassermühle stammt aus der Zeit um Christi Geburt, die den Beschreibungen des Vitruvius folgt und die daraus folgende Nutzung der Wassermühle in der Antike beweist.
Ab dem Mittelalter waren Wasserräder als Antrieb von Mahlmühlen und anderen Maschinen nun auch in ganz West- und Mitteleuropa verbreitet.
Hier sieht man einen Auszug aus Vitruvius' Werk "De architectura libri decem" (übersetzt: "Zehn Bücher über die Architektur") mit einem seiner Rekonstruktionsversuche der Getreidemühle mit Wasserradantrieb.
Durch die Industrialisierung im 19. Jahrhundert wurden die klassischen Wassermühlen immer weiter verdrängt. Es kam zum sogenannten
Mühlensterben. Deshalb sank die Anzahl seit 1990 weit unter 1.000 und vor 115 Jahren waren noch 60.000 Mühlen in Deutschland vorhanden.
Das Denkmalschutzgesetz konnte um die 550 Mühlen vor dem Verfall retten, ca. 220 davon produzieren immer noch Mehl (Stand 2016).
Wasserräder
Je nach Gefälle und Wassermenge wurden entsprechende Räder entwickelt, um optimale Leistung zu erzielen. Generell kann man die Wasserräder in vier Typen unterteilen, zudem unterscheidet man noch zwischen den Zellen- und Schaufelrädern.
BAuformen
Zellenräder bestehen aus seitlich und nach unten abgeschlossenen Behältern (Zellen), die das Wasser maximal eine halbe Umdrehung festhalten.
Schaufelräder besitzen nur radiär angeordnete Bleche oder Bretter, bzw.Schaufel, und, um das Wasser in den Schaufeln zu halten, laufen die meisten Zellenräder in einem Kropfgerinne. Je enger diese an der Schaufel liegen, desto höher der Wirkungsgrad.
Oberschlächtiges Wasserrad
Hier werden Zellenräder eingesetzt, damit nicht viel Energie verloren geht. Dabei fließt das Wasser von oben über das sogenannte Gerinne auf die Schaufeln des Wasserrads. Durch das Gewicht des Aufschlagswassers wird das Rad in Bewegung gesetzt.
Dadurch kann ein Wirkungsgrad von bis zu 80% erreicht werden.
Vorteile:
-
Nutzung bei viel Gefälle mit wenig Wasser
- Volle Ausnutzung der potentiellen Energie des Wassers
Nachteile:
- Vereisungsprobleme im Winter
- Möglicher Bau einer Rinne
Mittelschlächtiges Wasserrad
Hier können Zellen- und Schaufelräder eingesetzt werden. Dabei fällt das Wasser in halber Höhe des Wasserrads auf die Schaufeln. Dadurch kann ein Wirkungsgrad von 75% erreicht werden.
Vorteile:
- Möglichkeit einer leichten Mengenveränderung des Wassers in Bezug auf Kraft und Geschwindigkeit
- Ausnutzung der potentiellen und kinetischen Energie des Wassers
Nachteile:
- Schwierigkeiten bei der genauen Anbringung des Wasserrads
Unterschlächtiges Wasserrad
Hier werden Schaufelräder eingesetzt, die im Spezialfall auch gebogen sein können. Dabei fließt das Wasser unter dem Wasserrad durch und kann durch die Führung, die auf das Rad angepasst ist, nicht mehr hinausfließen.
Dadurch kann ein Wirkungsgrad von bis zu 40% erreicht werden
Vorteile:
-
einfache Bauweise
Nachteile:
- Anwendbar nur bei langsam laufenden Maschinen
Tiefschlächtiges Wasserrad
Hier wird kein Gefälle benötigt. Die Bewegung des Rades kommt durch den Strömungswiderstand. Dadurch kann ein Wirkungsgrad von bis zu 15% erreicht werden. Dieses Prinzip wird meist bei den Schöpfrädern genutzt.
Vorteile:
- einfache Bauweise
Nachteile:
- Nutzung der kinetischen Energie
- Notwendigkeit eines Flusses mit hoher Fließgeschwindigkeit
Besonderheiten
Schiffsmühlen
Hier gilt das Prinzip des unterschlächtigen Wasserrads. Dabei schwimmt das Boot fest verankert im Fluss und das Wasserrad treibt die Mühle im Schiff an.
Dadurch kann ein Wirkungsgrad von bis zu 40%, wie beim unterschlächtigen Mühlrad, erreicht werden.
Vorteile:
- Ständig gleiche Wassermenge/ -energie
- Funktion als Grundlastmaschine
- Keine Umleitung des Wassers nötig
Nachteile:
- Notwendigkeit eines Flusses mit hoher Fließgeschwindigkeit
- Bau eines breiteren Rades zur Leistungserhöhung
Horizontalmühlen
Bei dieser Art von Wassermühle liegt das Wasserrad horizontal und nicht vertikal, wie viele das kennen. Das Rad treibt den Mahlstein ohne Getriebe
an und gilt als Vorläufer der heutigen Turbinen.
Vorteile:
- einfache und robuste Bauart
- Eignung für wasserarme und gebirgige Regionen
Nachteile:
- Nutzung von kinetischer Energie
- Notwendigkeit eines Flusses mit starkem Gefälle
GezeitenmühleN
Wie der Name schon sagt, werden die Mühlen durch Ebbe und Flut an Küsten mit ausreichendem Tidenhub angetrieben.
Vorteile:
- ganzjährige Nutzung
- Witterungsunabhängigkeit
Nachteile:
-
hohe Baukosten
WindwassermühleN
Diese Mühle ist eine Kombination aus einer Wassermühle und Windmühle, eine sogenannte Doppelmühle. Wichtig ist ein Standort mit einem stark fließenden Gewässer und viel Wind.
Vorteile:
- Gleichzeitige Nutzung zweier Kräfte
- Ausgleich bei Ausfall einer Energie
Nachteile:
- hohe Baukosten
- wenig geeignete Orte
Allgemeine Vor- und Nachteile
Vorteile
- kostenlose und unbegrenzte Nutzung (außer bei Frost)
-
Mögliche Stauung des Wassers
- geringere Wetterabhängigkeit
Nachteile
- Vorhandensein eines ausreichenden Gefälles
- Optimale Nutzung nur in bergigeren Regionen
- Verluste bei Dauerfrost und Trockenperioden