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Bereits um 1540 gab es in Grapenmühlen eine Wassermühle. Aus dieser Zeit sind jedoch keine baulichen Zeugnisse mehr vorhanden. Sicher ist, dass die ursprüngliche Wassermühle mindestens einmal neu errichtet wurde, da das bis heute erhaltene Mühlengebäude aus dem Jahr 1781 stammt.
Der Name „Grapenmühle“ leitet sich wahrscheinlich von dem Wort „Grapen“ ab, was soviel wie Kessel, Graben oder Vertiefung bedeutet. Und eine Art Talkessel ist es auch, in den man hinabfährt, wenn man auf dem Weg von Visselhövede nach Wittdorf die Grapenmühle linker Hand passiert.
In früherer Zeit hieß der Ort Grapenmühle und wohl erst mit dem Bau einer zweiten Mühle – einer Bockwindmühle – auf einem Hügel oberhalb der Wassermühle kam es im Volksmund zum Namen Grapenmühlen. Die zwischen 1823 und 1838 errichtete Windmühle brannte 1888 durch einen Blitzschlag völlig ab.
Zur Wassermühle gehörte früher ein ca. 10 Morgen großer Mühlteich, da der Mühlbach nicht das ganze Jahr über genügend Wasser zum Antrieb des hölzernen Wasserrades führte. Der Teich wurde 1962 im Zuge der Regulierung der Vissel, die ein neues Flussbett erhielt und somit den Teich nicht mehr speisen konnte, trocken gelegt.
1906 wurde das Wasserrad durch eine leichtgängige Turbine ersetzt, die nebenbei auch den gesamten benachbarten Hof mit elektrischer Energie versorgte. 1910 wurde zusätzlich ein Sauggasmotor installiert, der mit Kohle befeuert wurde. Auf diese Weise überwand man die Abhängigkeit von der Wasserkraft und konnte auch in trockenen Sommern einen durchgängigen Mühlenbetrieb aufrecht erhalten. Mit der Installation eines Elektromotors für den Antrieb der Mahlgänge im Jahre 1949 wurde die Mühle völlig unabhängig von der Wasserkraft.
Die Grapenmühle besaß einen Walzenstuhl, der Weizen und Roggen zu Feinmehl verarbeitete. Zwei Schrotgänge mahlten Futtergetreide und ein sogenannter „Franzosengang“ zerkleinerte die Abfälle des Walzenstuhls zu Kleie (was man als „Ausmahlen“ bezeichnete).
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