Bis zur Erfindung der Dampfmaschine, das heißt bis zur Industriellen Revolution, waren neben der menschlichen und der tierischen Muskelkraft der Wind und das Wasser praktisch die einzigen Energiequellen. Windräder und Windmühlen verrichteten ihre Arbeit dank kräftiger Luftströmungen. Wasserräder bzw. seit Mitte des 19. Jahrhunderts Turbinen nutzten die Energie des fließenden Wassers. Vor allem für den Betrieb von Wasserkraftanlagen waren häufig aufwändige wasserbauliche Voraussetzungen zu schaffen.
Um ein oberschlächtiges Wasserrad an kleineren Flüssen mit schwankender Wasserführung anzutreiben, wurde das Wasser durch ein Stauwehr oberhalb der Mühle vom Fluss abgezweigt und in einen Obergraben geleitet. Dieser führte das Wasser am Berghang entlang mit geringem Gefälle auf die Mühle zu. Häufig kürzte er dabei eine Flussschleife ab. Dadurch entstand an der Mühle ein Höhenunterschied von Obergrabensohle zur Flussbettsohle, der beim Fall über das Wasserrad überwunden wurde. Je größer dieser war, desto größer konnte auch das Wasserrad sein und umso mehr Kraft konnte erzeugt werden.
Oft wurde zusätzlich zwischen Obergraben und Wasserrad ein Stauteich angelegt, um Wasservorräte während der nächtlichen oder trockenheitsbedingten Betriebsruhe der Mühle anzustauen. Über einen (häufig kürzeren) Untergraben wurde das vom Wasserrad ablaufende Wasser dem Fluss wieder zugeführt. Durch das Schütz, eine Absperrvorrichtung, erfolgte die Regulierung der auf das Rad laufenden Wassermenge und damit seiner Geschwindigkeit.
Dieses Graben-Teich-System (siehe Abbildung) ist typisch für den Mittelgebirgsraum (Bergisches Land, Eifel) und ermöglicht den Betrieb aller drei Wasserradarten.
Der Antrieb von Mühlen an größeren Flüssen mit meist unterschlächtigen Wasserrädern erforderte hingegen andere Wasserbauten. In diesem Fall wird weniger Gefälle für den Antrieb benötigt. Man erreicht ihn einfach dadurch, dass ein Wehr bzw. Damm quer durch das Flussbett gezogen wird, das den Wasserspiegel um etwa einen bis zwei Meter anhebt. Die Ober- und Untergräben sind hier nur kurz und die Anlage eines Stauteiches entfällt. Bei Niedrigwasser wurde notfalls der gesamte Fluss durch die Mühle geleitet.
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