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Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltung zum Schutz einer Halbleiterlichtquelleneinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Leuchtmittel nach einem abhängigen Anspruch und Beleuchtungseinrichtungen nach abhängigen Ansprüchen.
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Es ist bekannt, dass Gasentladungslampen mittels eines entsprechenden Vorschaltgeräts gezündet werden müssen. Ein solches Vorschaltgerät ist aus der
DE 10 2008 053 826 A1 bekannt.
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Des Weiteren ist bekannt, dass Beleuchtungseinheiten Halbleiterlichtquellen umfassen, die mit einer Beleuchtungseinheit ausgestattet sein können, die eine Halbleiterlichtquelle umfasst. Eine solche Beleuchtungseinheit offenbart beispielsweise die
DE 698 24 669 T2 .
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US 2011/0 057 572 A1 betrifft eine LED-Lampe mit einem voltage reducing device, wobei zwischen dem voltage reducing device und einer LED ein voltage regulating device angeordnet ist Eine LED-Lampe wird beschrieben, welche mittels zumindest zweier Pins mit input power versorgt wird. Zwischen einer Reihenschaltung von Diodenpaaren befindet sich eine Zehnerdiode. In Reihe zu der gerade genannten Schaltung befindet sich ein high power current limiting resistor.
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US 2012/ 0 119 654 A1 offenbart ein LED module, welches über eine in Serie geschaltete Sicherung und Dioden mit Pins verbunden ist.
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DE 201 19 897 U1 betrifft einen Varistor mit Überhitzungsschutzfunktion. Die Figuren zeigen den Varistor mit Überhitzungsschutzfunktion und drei Anschlüssen.
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CN 202 616 768 U zeigt Schaltungsanordnungen mit dreipoligen Varistoren, Halbleiterlichtquellen und einer Gasentladungsröhre.
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Des Weiteren ist bekannt, dass durch eine entsprechende Gesetzgebung Quecksilberdampflampen aufgrund ihres giftigen Quecksilberanteils verboten sind und keine neuen Quecksilberdampflampen in den Handel gebracht werden. Entsprechend besteht Handlungsbedarf, die Quecksilberdampflampen zu ersetzen.
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Um nun bestehende mit Gasentladungslampen betriebene Beleuchtungsanlagen mit moderneren Halbleiterlichtquelleneinheiten zu bestücken bzw. umzurüsten, müssen die entsprechenden Vorschaltgeräte entweder abgeklemmt oder überbrückt werden. Dies hat den Nachteil, dass zum einen eine Elektrofachkraft für die Arbeiten an der Beleuchtungseinrichtung erforderlich ist, was die Kosten einer Umrüstung deutlich erhöht. Des Weiteren erlöschen sowohl die Betriebserlaubnis als auch die Konformitätsbescheinigung, da die Leuchte nur mit dem Vorschaltgerät zugelassen wurde. Die entsprechende Zulassung für den Betrieb der Beleuchtungseinrichtung ist somit nur mit dem Vorschaltgerät möglich.
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Aufgabe der Erfindung ist es somit, die Umrüstung bestehender Beleuchtungseinrichtungen mit Gasentladungslampen zu verbessern. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird nach dem Anspruch 1 sowie ein Leuchtmittel nach einem abhängigen Anspruch und Beleuchtungseinrichtungen nach abhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Schutzschaltung mehrere Schutzabschnitte umfasst, die derart ausgestaltet und aufeinander abgestimmt sind, sodass ein Spannungsimpuls einer von einem Vorschaltgerät erzeugten, für eine Gasentladungslampe bestimmten Zündspannung an einem Eingang der Schutzschaltung hin zu einem Eingang der Halbleiterlichtquelleneinheit abbaubar ist. Die Schutzabschnitte sind in Form einer Kettenschaltung miteinander verbunden. Die Schutzabschnitte umfassen jeweils zumindest einen Schutzpfad, der ab einer jeweiligen Schwellspannung aktiviert wird. Die Schwellspannung nimmt für jeden Schutzabschnitt in Richtung eines Ausgangs der Schutzschaltung ab. Ein erster der Schutzabschnitte umfasst zumindest einen Leitungspfad mit einer Reihenschaltung eines Widerstandselements und eines thermischen Sicherungsabschnitts, wobei der Leitungspfad eine Eingangsklemme des Schutzabschnitts mit einer Ausgangsklemme des Schutzabschnitts verbindet.
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Es wird somit vorteilhaft erreicht, dass ein Vorschaltgerät für eine Gasentladungslampe auch bei einem Ersetzen der Gasentladungslampe durch eine Halbleiterlichtquelleneinheit weiter betrieben werden kann. Vorteilhaft entstehen dadurch keine zusätzlichen Wartungsarbeiten zum Abklemmen und Entfernen des Vorschaltgeräts. Des Weiteren bleiben eine Betriebserlaubnis und eine Konformitätsbescheinigung weiterhin gültig. Des Weiteren entfallen Entsorgungskosten für das Vorschaltgerät und ein sicherer Betrieb der Halbleiterlichtquelleneinheit wird gewährleistet. Insbesondere durch das Vorsehen mehrerer Schutzabschnitte wird ebenfalls gewährleistet, dass eine durch die Schutzschaltung absorbierte Energie, die durch den Spannungsimpuls erzeugt wird, und in thermische Energie umgewandelte absorbierte elektrische Energie ausgehend von dem Spannungsimpuls in thermische Energie umgewandelt wird, die sich auf die mehreren Schutzabschnitte verteilt. Durch das Vorsehen mehrerer Schutzabschnitte wird darüber hinaus die durch den Spannungsimpuls in die Schutzschaltung eingeleitete elektrische Energie in thermische Energie umgewandelt wird, die sich jedoch auf die mehreren Schutzabschnitte verteilt. Durch die Kettenschaltung der Schutzabschnitte wird erreicht, dass der Spannungsimpuls kaskadenförmig abbaubar ist. Durch die abnehmende Schwellspannung vorteilhaft erreicht, dass sich die Zündspannung kaskadenförmigen abbaut. Durch den thermischen Sicherungsabschnitt wird gewährleistet, dass ab einer bestimmten Temperatur eine Sperrung des Leitungspfades stattfindet und dadurch insbesondere eine Brandgefahr ausgehend von der Schutzschaltung minimiert wird.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst der Schutzpfad des ersten Schutzabschnitts eine Reihenschaltung des Widerstandselements und eines Varistorabschnitts des thermisch geschützten Varistors. Dadurch wird beim Auslösen des Varistors kein direkter Kurzschluss geschaltet, sondern das Widerstandselement kann zum Abbau der Energie der über die Zündspannung erzeugten Energie dienen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist ein zweiter, vor dem ersten umfasst ein Schutzpfad eines zweiten Schutzabschnitts, der vor dem ersten Schutzabschnitt angeordnet ist, eine Serie aus einem Gasableiter und einem Varistor. Vorteilhaft wird bei Aktivierung des Schutzpfades des zweiten Schutzabschnitts über den Gasableiter ein Widerstand bereitgestellt, der zum Abbau der durch die Zündspannung erzeugten Energie dient.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst ein dritter, nach dem ersten Schutzabschnitt angeordneter Schutzabschnitt einen Schutzpfad, der eine Suppressordiode umfasst. Durch diesen dritten Schutzabschnitt können zur Ausgangsseite der Schutzschaltung in Richtung der Halbleiterlichtquelleneinheit kleinere Überspannungen abgefangen werden. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Schutzschaltung zwischen der Halbleiterlichtquelleneinheit und einer Schnittstelle zur Energieversorgung in ein Leuchtmittel integriert. Vorteilhaft kann dadurch erreicht werden, dass lediglich ein Austausch der Gasentladungslampe durch die Halbleiterlichtquelleneinheit erfolgen muss, ohne dass das Vorschaltgerät abgeklemmt oder überbrückt werden muss.
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Weitere Aspekte der Erfindung betreffen ein Leuchtmittel umfassend die Schutzschaltung, eine Beleuchtungseinrichtung mit dem Leuchtmittel sowie eine Beleuchtungseinrichtung umfassend die Schutzschaltung.
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Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung. Es werden für funktionsäquivalente Größen und Merkmale in allen Figuren auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet.
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Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine schematische Seitenansicht eines Leuchtmittels;
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2 eine Schutzschaltung zum Schutz einer Halbleiterlichtquelleneinheit; und
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3 und 4 jeweils Ausführungsformen einer Beleuchtungseinrichtung.
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1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Leuchtmittels 2, das zu einer Beleuchtung von Straßen, Freiräumen oder Hallen ausgebildet ist. Insbesondere ist das Leuchtmittel 2 zum Ersatz einer Gasentladungslampe vorgesehen. Das Leuchtmittel 2 ist auch als Cornbulb bezeichenbar. Das Leuchtmittel 2 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch zu einer Mittenlängsachse 4 ausgebildet und umfasst einen Sockelabschnitt 6, einen Gehäuseabschnitt 8, einen Leuchtabschnitt 10 und ist mit einem distalen Deckel 12 abgeschlossen. Der Sockelabschnitt 6 umfasst einen ersten proximalen Kontaktabschnitt 14 und einen als Schraubgewinde ausgebildeten zweiten Kontaktabschnitt 16. Selbstverständlich kann der Sockelabschnitt 6 auch anders ausgebildet sein. In dem Gehäuseabschnitt 8 und/oder in dem Leuchtabschnitt 10 ist beispielsweise eine nachgehend erläuterte Schutzschaltung und / oder eine Treiberschaltung angeordnet. In dem Leuchtabschnitt 10 sind auf Halteabschnitten 18 jeweils Halbleiterlichtquellenbauelemente 20 angeordnet, die auch als LED (Light Emitting Diode) bezeichnet werden.
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Die Halteabschnitte 18 sind von einer zylinderförmigen Abdeckscheibe 22 umschlossen. Zum Betrieb und Aussenden einer Lichtverteilung sind die Halbleiterlichtquellenbauelemente 22 über die Treiberschaltung und die nachgehend erläuterte Schutzschaltung mit den Kontaktabschnitten 14 und 16 verbunden. Die Halbleiterlichtquelleneinheit und das zumindest eine zugeordnete Halbleiterlichtquellenbauelement 22 bilden eine Halbleiterlichtquelleneinheit.
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Der Sockelabschnitt 6 ist auch als Schnittstelle zur Energieversorgung für das Leuchtmittel 2 bezeichenbar. Mithin umfasst das Leuchtmittel zumindest ein Halbleiterlichtquellenbauelement 20 und die Schnittstelle 6. Zwischen der Halbleiterlichtquellenbauelement 20 und der Schnittstelle 6 ist die nachfolgend erläuterte Schutzschaltung angeordnet, um eine durch ein Vorschaltgerät erzeugte Zündspannung, die eigentlich für eine Gasentladungslampe bestimmt ist, abzubauen.
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2 zeigt die Schutzschaltung 30 zum Schutz der Halbleiterlichtquelleneinheit. Ein Eingang 32 der Schutzschaltung weist Eingangsklemmen 34 und 36 auf und ist zur Anordnung an das Vorschaltgerät vorgesehen. Ein Ausgang 38 der Schutzschaltung 30 weist Ausgangsklemmen 40 und 42 auf, wobei der Ausgang 38 zur Verbindung mit der Halbleiterlichtquelleneinheit vorgesehen ist. Die Schutzschaltung 30 weist einen ersten Schutzabschnitt 44, einen zweiten Schutzabschnitt 46 und einen dritten Schutzabschnitt 48 auf, die in der gezeigten Reihenfolge in Form einer Kettenschaltung miteinander verbunden sind.
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Der zweite Schutzabschnitt 46 umfasst eine Serienschaltung aus einem Gasableiter 50 und einem zweipoligen Varistor 52. Die Serienschaltung aus dem Gasableiter 50 und dem Varistor 52 bilden einen Schutzpfad 54, der die Eingangsklemmen 34 und 36 miteinander verbindet. Der zweite Schutzabschnitt 46 ist auch als Grobschutz bezeichenbar.
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Über schematisch dargestellte Ausgangsklemmen 56 und 58 schließt sich der erste Schutzabschnitt 44 an den zweiten Schutzabschnitt 46 an. Der erste Schutzabschnitt 44 umfasst zwei Schutzpfade 60 und 62. Der erste Schutzabschnitt 44 ist auch als Mittelschutz bezeichenbar. Der erste Schutzpfad 60 umfasst ausgehend von der Klemme 56 hin zur Klemme 58 ein erstes Widerstandselement 64, einen ersten dreipoligen Varistor 66 und ein zweites Widerstandselement 68, wobei der erste Schutzpfad 60 die Eingangsklemmen 56 und 58 miteinander verbindet. Der Varistor 66 umfasst einen thermischen Sicherungsabschnitt 70 und einen Varistorabschnitt 72. Der Schutzpfad 60 verläuft über den Varistorabschnitt 72 und nicht über den Sicherungsabschnitt 70.
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Der zweite Schutzpfad 62 verläuft ausgehend von der Klemme 56 hin zur Klemme 58 über das erste Widerstandselement 64, einen zweiten dreipoligen Varistor 74 und über das Widerstandselement 68. Der zweite Varistor 74 weist einen Sicherungsabschnitt 76 und einen Varistorabschnitt 78 auf, wobei der zweite Schutzpfad 62 über den Varistorabschnitt 78 und nicht über den Sicherungsabschnitt 76 verläuft. Die Varistoren 74 und 66 sind auch als thermisch geschützte Varistoren bezeichenbar.
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Hin zu einem Ausgang des ersten Schutzabschnitts 44 sind schematisch Klemmen 80 und 82 gezeigt. Ein erster nicht gezeigter Leitungspfad des ersten Schutzabschnitts 44 geht ausgehend von der Klemme 56 hin zur Klemme 80 über das erste Widerstandselement 64 und über den Sicherungsabschnitt 76 des zweiten Varistors 74. Ausgehend von einer Klemme 58 hin zu einer Klemme 82 geht ein weiterer, nicht dargestellter Leitungspfad über das zweite Widerstandselement 68 und den Sicherungsabschnitt 70 des ersten Varistors 66.
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Der dritte Schutzabschnitt 48 weist einen Störschutz-Kondensator 84 auf, der zwischen den Klemmen 80 und 82 angeordnet ist. Zwischen den Ausgangsklemmen 40 und 42 befindet sich ist eine bipolare Suppressordiode 86. Über die Suppressordiode 86 verläuft ein Schutzpfad 88. Zwischen dem Störschutzkondensator 84 und der Suppressordiode 86 ist eine Gleichtaktdrossel 90 angeordnet. Der dritte Schutzabschnitt 48 ist auch als Feinschutz bezeichenbar.
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In den zweiten Schutzabschnitt 46 bestimmt im Wesentlichen der Varistor 52 eine Schwellspannung, ab der der Schutzpfad 54 aktiviert und elektrisch leitend wird. In dem ersten Schutzabschnitt 44 bestimmen im Wesentlichen die Varistorabschnitte 72 und 78 der Varistoren 66 und 74 eine Schwellspannung, ab der der entsprechende Schutzpfad 60 bzw. 62 aktiviert und elektrisch leitend wird. Im dritten Schutzabschnitt 48 bestimmt im Wesentlichen die Suppressordiode 86 einen Schwellwert bzw. eine Schwellspannung, ab der der Schutzpfad 88 aktiviert und elektrisch leitend wird. Die entsprechenden Schwellspannungen nehmen ausgehend von dem Schutzabschnitt 46 über den Schutzabschnitt 44 hin zu dem Schutzabschnitt 48 ab.
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Die Schutzschaltung 30 ist zwischen der Halbleiterlichtquelleneinheit und dem Vorschaltgerät anordenbar. Eine am Eingang 32 anliegende Wechselspannung kann einen Spannungseffektivwert von 230 V bzw. 115 V betragen, wobei dieser Effektivwert um bis zu 15% Abweichung umfassen kann. Durch den Grobschutz gemäß dem Schutzabschnitt 46 fungiert die Schutzschaltung 30 auch als Blitzschutz. Insgesamt stellt die Schutzschaltung 30 eine Einschaltspannungsbegrenzung in Richtung des Eingangs der Halbleiterlichtquelleneinheit bzw. in Richtung des Ausgangs 38 der Schutzschaltung 30 dar.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Schutzabschnitt 44 zwei Schutzpfade 60, 62 mit jeweils einem thermisch geschützten Varistor auf. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass eine Erwärmung nicht zur Zerstörung der Schaltung führt und des Weiteren wird durch die redundante Ausführung die erzeugte Wärme auf zwei Bauelemente 66 und 74 verteilt. Selbstverständlich ist auch eine Ausführung des zweiten Schutzabschnitts 44 mit nur einem der Schutzpfade 60, 62 denkbar.
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Die Schutzschaltung 30 wird nun im Bereich des Eingangs 32 mit dem Vorschaltgerät verbunden, das bei einem Einschalten eine Zündspannung im Bereich von mehreren tausend Volt zur Zündung einer Gasentladungslampe erzeugt. Die Schaltung 30 sorgt dafür, dass diese Zündspannung hin zu dem Ausgang 38 abgebaut wird. Hierzu umfassen die einzelnen Schutzabschnitte 44, 46, 48 jeweilige Schutzpfade 54, 60, 62 und 88, die zu unterschiedlichen, in Richtung des Ausgangs 38 abnehmenden Schwellspannungen aktiviert und elektrisch leitend werden. Damit ist die Schutzschaltung 30 im Bereich der Schutzabschnitte 44, 46 und 48 so ausgestaltet, dass im Normalbetrieb keine Zerstörung der Schutzschaltung 30 und keine Zerstörung der Halbleiterlichtquelleneinheit durch die Begrenzung der Einschaltspannung bzw. der Zündspannung einhergeht. Der Normalbetrieb umfasst einen bei einem Einschalten des Vorschaltgeräts erzeugten Spannungsimpuls, der in Richtung der Halbleiterlichtquelleneinheit von der Schutzschaltung 30 kompensiert wird. Diese Kompensation des Spannungsimpulses kann durch die Schutzschaltung 30 erfolgen, so dass eine hohe Anzahl von Schaltzyklen ohne Zerstörung der Schutzschaltung 30 oder der Halbleiterlichtquelleneinheit erreichbar ist.
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3 zeigt in schematischer Form eine Beleuchtungseinrichtung 90 zur Beleuchtung von Straßen, Freiräumen oder Hallen. In einer Ausführungsform kann die Beleuchtungseinrichtung 90 beispielsweise einen Beleuchtungspoller in Form einer Straßenlaterne sein. Ebenso sind andere Ausführungsformen denkbar, beispielsweise als Hängelampe. Die Beleuchtungseinrichtung 90 umfasst das Vorschaltgerät 92 zur Erzeugung eines Spannungsimpulses der für eine Gasentladungslampe bestimmten Zündspannung. Das Vorschaltgerät 92 ist eingangsseitig, also im Bereich von Klemmen 94 und 96, an ein Versorgungsnetz angeschlossen. Ist die Beleuchtungseinrichtung 90 noch mit einer Gasentladungslampe ausgestattet, so kann diese entfernt werden und das Leuchtmittel 2 aus 1 kann über die Kontaktabschnitte 14 und 16 an das Vorschaltgerät 92 angeschlossen werden. Das Leuchtmittel 2 umfasst die Halbleiterlichtquelleneinheit 100, die sowohl zumindest ein Haltleiterlichtquellenbauelement 20 als auch in nicht dargestellter Form eine Treiberschaltung umfasst. Die Halbleiterlichtquelleneinheit 100 ist über schematisch dargestellte Klemmen 102 und 104 mit der Schutzschaltung 30 verbunden.
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4 zeigt eine weitere Beleuchtungseinrichtung 110, bei der ein Leuchtmittel 112 über Klemmen 114 und 116 an eine Schutzschaltung 30 angeschlossen ist. Das Leuchtmittel 112 kann einen Sockelabschnitt 6 wie aus 1 aufweisen. Im Unterschied zur 3 und zu dem dort gezeigten Leuchtmittel 2 weist das Leuchtmittel 112 keine Schutzschaltung 30, sondern nur die Halbleiterlichtquelleneinheit 100 auf. Die Schutzschaltung 30 ist über Klemmen 118 und 120 an das Vorschaltgerät 92 angeschlossen. Eingangsseitig ist das Vorschaltgerät 92 an ein Versorgungsnetz angeschlossen. Gemäß der Beleuchtungseinrichtung 110 kann die Schutzschaltung 30 beispielsweise im Bereich des Vorschaltgeräts 92 insbesondere in einem Sicherungskasten angeordnet sein.
