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Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Verfahren und Vorrichtungen
zum
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Härten oder Trocknen von Fotoentwicklungstinten, vorzugsweise Ultravioletttinten.
Solche Tinten härten oder trocknen nach Bestrahlung mit ultraviolettem Licht in
einen fertigen, "getrockneten" Zustand.
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Es ist bereits bekannt, linienförmige Lichtquellen hoher Intensität
gewöhnlich mit QuecksiLbenlampflampen zu verwenden, die sowohl infrarotes als auch
ultraviolettes Licht liefern. Wird ein bedruckte Blatt oder eine bedruckte Bahn
unter der linienförmigen Lichtquelle hindurchgeführt, dann wird sie von der linienförmigen
Lichtquelle abgetastet und die von der linienförmigen Lichtquelle ausgehenden Strahlen
härten oder trocknen die auf dem Bahn- oder Blattmaterial befindliche Tinte.
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Da QuecksiLberdampflampen oder -röhren die gewünschte Strahlungsemission
aufweisen, werden sie anderen Ultraviolettstrahlungsquellen vorgezogen. Allerdings
arbeiten Quecksilberlampen bei Temperaturen über 4500C und entwickeln dabei ein
beträchtliches Maß an Wärme. Diese Wärme ist ein Problem bei der Aushärtung und
Trocknung der Ultraviolettinten wegen der nachteiligen Einwirkung solcher Wärme
auf das Ausgangsmaterial, auf dem sich das gedruckte Bild befindet. Blattartiges
Material kräuselt sich infolge der Wärme und kann beim Passieren unter der Lampe
mit ungeeigneter Geschwindigkeit schmoren, verkohlen oder bei Überhitzung sogar
Feuer fangen.
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Es ist bereits bekannt, dieses Wärmeproblem durch Arbeiten mit einer
verhältnismäßig hohen Vorschubgeschwindigkeit zu lösen. Eine bekannte Anordnung
weist eine oder mehrere Quecksilberröhren mit jeweils einem die Iampe an der vom
bedruckten Material abgewendeten Seite umgebenden Reflektor auf. Das bedruckte Material
ist damit sowohl direkter als auch reflektierter Strahlung ausgesetzt. Die reflektierte
Strahlung wird durch den Reflektor so konzentriert, daß ein enges Band hochintensiver
Strahlung an einem voreingestellten Abstand von der Lichtquelle entsteht. Bei dieser
Vorrichtung muß das bedruckte Material zwangsläufig in Bewegung gehalten und mit
einer solchen Geschwindigkeit vorgerückt werden, daß es die Zündtemperatur nicht
errecht. Man kann mit dieser Anordnung alle Tintenstärken härten oder trocknen.
Das Problem ist jedoch die Aufrechterhaltung der gewünschten Vorschubgeschwindigkeit.
Bei den gewählten hohen Vorschubgeschwindigkeiten führen vorübergehende Verzögerungen
oder Verklemmungen beim Vorschub zu einem verbrannten, unbrauchbaren Produkt.
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Um dieses zu lösen, hat man auch bereits den Wärmeausgang der Iampe
verringert und gleichzeitig die Intensität der von der Lampe ausgehenden Ultraviolettstrahlung
aufrechterhalten. Ersteres erschien für die Tintentrocknung nachteilig, während
letzteres für den Härtungsprozess von Bedeutung ist.
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Zu diesem Zweck wurde die Lichtquelle einem Reflektor angeordnet,
jedoch der Strahlengang aller direkten und reflektierten Strahlen durch eine transparente
Schranke blockiert. Die Schrank bestand aus einem transparenten eine stromende Kuhlflüssigkeit
umschließenden Gebiide. Beispielsweise wurde die Lichtquelle im Inneren zweier konzentrischer
transparenter Rohren angeordnet und Wasser durch den zwischen den beiden Röhren
befindlichen Ringraum umgewälzt.
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Bei einer anderen Ausführungsform war die Austrittsseite des Reflektors
vollständig durch zwei nebeneinander angeodnete Rohren abgeschirmt, durch welche
Wasser hindurchgeleitet wurde, oder durch ein rechteckig geformtes Rohr, das sich
über den Ausgang des Reflektors erstreckte und das ebenfalls von Wasser durchflossen
war.
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Eine solche Anordnung arbeitet brauchbar bei dünnen Tintenaufträgen.
Unter dünn ist dabei ein Tintenauftrag in der Größenordnung von 5 bis 10 Mikron
zu verstehen, wie er sich bei den bekannten LithcrDruckverfahren ergibt.
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Diese Vorrichtung ist jedoch völlig ungeeignet für Tintendicken in
der Größenordnung von 15 bis 127 Mikron, wie sie allgemein beim Siebdruck verwendet
werden. Beim Siebdruck wird zwar eine Oberflächenhärtung der Tinte erreicht, jedoch
ist eine Tiefenhärtung nicht möglich. Die Tinte ist infolgedessen an der Oberfläche
hart, darunter jedoch noch weich. Eine längere Belichtung hat keinen merklichen
Einfluß auf die Tiefe der Aushärtung oder Trocknung.
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Zur Beseitigung der Mängel der beiden bekannten Einrichtungen sind
durch die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung entwickelt worden, die es
ermöglichen, 5 iebdrucktintenaufträge angemessen zu trocknen bzw. auszuhärten.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
enthält ein Gehäuse, durch welches ein mit Siebdruck bedrucktes Material unter einer
linienförmigen Lichtquelle hindurchgeführt wird, die sowohl ultraviolette als auch
infrarote Strahlung aussendet. Ein die linienförmige Lichtquelle teilweise
umgebender
Reflektor reflektiert sowohl die ultraviolette als auch die infrarote Strahlung
auf den Förderer. Zwischen der Lichtquelle und dem Förderer befindet sich eine transparente
Leitung, durch welche eine Kühiflüssigkeit geführt ist. Das Ausmaß der durch die
Kühlflüssigkeit hindurchgehenden Strahlung wird innerhalb eines solchen Bereiches
gesteuert, daß eine wirksame Aushärtung oder Trocknung möglich ist. Aufgrund von
Experimenten hat sich herausgestellt, daß die Intensität der Ultraviolettstrahlung
weit mehr als die ihre Menge ein kritischer Faktor bei der Erzielung eines ausreichenden
Eindringens zur Trocknung oder Härtung der Tinte ist. Darüber hinaus hat es sich
als wesentlich erwiesen, daß eine bestimste Menge an ungefilteter Strahlung auf
das Blatt oder die Bahn auftrifft, also eine gewisse Menge an infraroter Strahlung
benötigt wird, um die Tinte richtig auszuhärten oder zu trocknen.
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Im folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert
werden.
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Die Zeichnungen zeigen in Fig. 1 schematisch eine rückwärts von einem
Reflektor unebene Quecksilberdampfröhre oberhalb eines bedruckten durch die Bestrahlungszone
bewegten Blattes; Fig. 2 eine Anordnung nach Fig. 1 mit einer von Wasser durchströmten,
transparenten Leitung zur Absorption der Infrarotwärme unterhalb der Brennlinie
des Reflektors; Fig. 3 die Anordnung nach Fig. 2, bei der die von Wasser durchströmt
Leitung in der Brennlinie der Quecksilberdampfröhre angeordnet ist; Fig. 4 die Anordnung
nach Fig. 2, bei der die von Wasser durchströmt Leitung oberhalb der Brennlinie
der Quecksilberdampfröhre angeordnet ist; Fig. 5 schematisch eine bekannte Anordnung;
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Vorrichtung nach dem Erfindungsprinzip;
Fig.
7 eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung nach Fig. 6; Fig. 8 eine schematische
Draufsicht längs der Linie 8-8 der Fig. 7 zur Wiedergabe des Saugbettes und des
Wärmeableitungsfilters; Fig. 9 eine schematische Darstellung des Wasserkunlsystems
für das Wänmeableitungsfilter; Fig. 10 eine schematische Endansicht zur Wiedergabe
verschiedener Bauteile der Vorrichtung nach Fig. 6.
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In den Fig. 1 bis 4 voll und stark ausgezogene und mit dem Bezugszeichen
16 bezeichnete Linien sind reflektierte gefilterte Strahlen.
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Voll ausgezogene, aber dünnere und mit 13 identifizierte Linien sind
reflektierte ungefilterte Strahlen. Gestrichelte und mit 14 identifizierte Linien
sind direkte ungefilterte Strahlen und strichpunktiert gezeichnete und mit 15 identifizierte
Linien sind direkte gefilterte Strahlen.
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Fig. 1 zeigt eine Quecksilberdampflampe 10 und einen Reflektor 11
in einem Gehäuse 12 mit einer Brennlinie im Abstand von 103 mm von der Mitte der
Lampe 10 und 76,2 mm von der Unterkante des Reflektors 11. Sowohl die reflektierten
Strahlen 13 als auch die. direkten Strahlen 14 weisen einen ununterbrochenen Strahlengang
auf die bedruckte Oberfläche eines Druckgutes 20 auf, das in einem Abstand von 230
rtm von der Iampenmitte und von 204 mm von der Unterkante des Reflektors angedeutet
ist.
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Die unmittelbar nach Belichtung durch die Trocknungslampe erzielten
Trocknungsergebnisse bei Siebdruck mit einem weißen fotohärtbaren Uberzug (annähernd
25 Mikron Tiefe) auf einem überzogenen Material durch ein Nylonsieb Nr. 200 S-GT
überzogen mit einer direkten Fotoemulsion sind folgende:
maximale
Förderergeschwindigkeit für annehmbare Tinten Adhäsion am Druckmaterial 47 m/min
Maximale Förderergeschwindigkeit für IIarz post TACK Test 35 m/min Materialtemperatur
(a 17 m/min - 490C Materialtemperatur (d 66 m/min - 65t6°C gefilterte reflektierte
Energie 16 -0% gefilterte direkte Energie 15 Fig. 2 zeigt die gleiche Anordnung
wie in Fig. 1 mit einem Rohr 17 mit 40 mm Durchmesser(z.B. aus Quarz, Vicor, Pyrex
usw.), das mit seiner Mitte 166 mm von der Iampenmitte und 140 mm vom Fuß des Reflektors
11 entfernt angeordnet ist. Dieses Rohr enthält ein flüssiges oder fließfähiges
Infrarotfiltermedium (z.B. Wasser), das durch das Rohr umgewälzt wird. Die Mitte
der Lampe 10, die Reflektionsstrahlenbrennlinie 21 und die Mitte des Hohlrohres
befinden sich alle in einer gleichen Ebene senkrecht zur Ebene des Druckgutes 20.
Die mehrfach wiederholten Versuche hatten folgende Ergehnisse: Maximale Förderergeschwindigkeit
für annehmbare Tinten Adhäsion am Druckgut 47 m/min maximale Förderergeschwindigkeit
für Harz post TACK Test 33 m/min Bahntemperatur ga 17 m/min - 460C Bahntemperatur
Qd 6,6 m/min - 600C Gefilterte reflektierte Energie 16 - 50% gefilterte direkte
Energie 15 - 130 ungefilterte direkte Energie 14 - 87° Fig. 3 zeigt die gleiche
Anordnung wie in Fig. 2, wobei jedoch das Rohr 17 in einer Höhe von 90 mm von der
Rohrmitte zur Lampenmitte und 63,5 um von der Rohrmitte zum Reflektorfuß angeordnet
ist. Die wiederholten Versuche hatten folgende Ergehnisse:
Maximale
Förderergeschwindigkeit für annehmbare Tinte Adhäsion am Druckgut 35 m/min maximale
Förderergesc hwindigkeit für Harz post TACK Test 11 m/min Bahntemperatur (d 17 m/min
- 390C Bahntemperatur } 6,6 m/min - 43.30C gefilterte reflektierte Energie 16 -
1000C gefilterte direkte Energie 15 - 23,50 ungefilterte direkte Energie 14 - 76,50
Fig. 4 zeigt die gleiche Anordnung wie in Fig. 3, wobei sich das Rohr 17 in einer
neuen Stellung 65 mm von der Rohrmitte zur Iampenmitte und 38,2 mm von der Rohrmitte
zum Reflektorfuß befindet. Die wiederholten Versuche hatten folgende Ergebnisse:
Maximale Förderergeschwindigkeit für annehmbare Tinte Adhäsion am Druckgut - keine
Adhäsion bei 1,5 m/min maximale Förderergesc hwindigkeit für Harz post T2CK Test
6,6 m/min Bahntemperatur Cd 17,1 m/min weniger als 37,80 Bahntemperatur g 6,6 m/min
- 43,30C gefilterte reflektierte Energie 16 - 100% gefilterte direkte Energie 15
- 30,5% ungefilterte direkte Energie 14 - 69,5% Fig. 5 zeigt eine Quecksilberdampflampe
10 mit Reflektor 11 und zwei Quarzrohren 19 unterhalb der Lampe innerhalb des Reflektors,
wobei Kühlwasser durch die Rohre 19 fließt, welche die dem Druckgut zugewandte Seite
des Reflektors vollständig abschliessen. Es gibt keine Adhäsion, obwohl das bedruckte
Material unter der Lampe stationär gehalten wurde.
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Gefilterte reflektierte Energie 16 - 100% gefilterte direkte Energie
15 - 100% Versuche bei unterschiedlichen Röhrenhöhen für eine gegebene Tinte führten
zu folgenden Ergebnissen:
Versuchsergebnisse Versuch 1 Versuch
2 Versuch 3 Versuch 4 Versuch 5 Versuch 6 Versuch 7 (Fig.1 Anord- (Fig.5 Anordnung)
nung) Annehmbare Adhäsion bei 47 m/min 46 m/min 45 m/min 35 m/min 1,5 m/min 1,5
m/min keine Haftung Annehmbare Harz post TACK bei 35 m/min 33 m/min 30 m/min 11
m/min 6,6 m/min 2,7 m/min keine Haftung Bahntemperatur (d 17 m/min 49°C 48°C 46°C
39°C 37.8°C <37.8°C <37.8°C Bahntemperatur (d 6,6 m/min 65.6°C 63°C 60°C 43.3°C
41°C <37.8°C <37.8°C ungefilterte direkte Energie 100% 95% 87% 76.5% 69.5%
50% 0 N.B. 37.8°C war die niedrigste Temperatur, die leicht mit der verfügbaren
Einrichtung gemessen werden konnte.
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Aus dem obigen ergibt sich, daß bei Abnahme der ungefilterten direkten
Energie (durch Anheben des Rohres 17) die Druckguttemperatur abnimmt und die Härte-
oder Trocknungseigenschaften oder Intensität der Strahlungsenergie herabgesetzt
werden.
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Die obigen Versuchsergebnisse zeigen, daß eine gewisse Ausfilterung
notwendig ist, um eine Überhitzung zu vermeiden, die zu einem Schrumpfen des Druckgutes,
zu einer Oberflächenkräuselung der Tinte und oft zu einer Zündung führt, wenn das
Druckgut nicht kontinuierlich durch die Trocken- oder Härtezone geführt wird. Darüber
hinaus gilt, daß je enger der Lampenreflektor und dieh8hl:flüssigkeitsröhre zum
Druckgut stehen, umso intensiver der Anteil an ungefilteter direkter Energie ist
und umso größer und stärker die Aushärtung wird, was jedoch wieder Wäreprobleme
mit sich bringt.
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Aus den durchgeführten Versuchen ergeben sich somit die folgenden
Grundmerkmale für die Erfindung: (1) Einige jedoch nicht die gesamte Energie von
der Lichtquelle muß zur Herabsetzung der Wärmeentwicklung ausgefiltert werden; (2)
Das AusmaB der nicht gefilterten direkten Energie liegt zwischen 50% und 95%, um
zu einer zufriedenstellenden Tintenaushärtung (Adhäsion oder Tack) bei annehmbaren
Temperaturen und Fördergeschwindigkeiten zu kanmen; und (3) vorzugsweise ist der
Mitte-zu-Mitte-Abstand von lampe zu Kühlflüssigkeitsrohr 52 bis 180 mm und die Lage
der Druckgutoberfläche zur Lampenmitte 100 bis 240 mm für eine gegebene Ultraviolettlichtquelle
mit 200 W pro 25 mm Längenerstreckung.
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Die vorliegende Erfindung umfaßt somit insbesondere ein Verfahren
und eine Vorrichtung. Das Verfahren ist gekennzeichnet durch die in Anspruch 1 aufgeführten
sSerkmale, während eine zur Durchführung des Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung
vorzugsweise die Merkmale nach Anspruch 2 aufweist und Weiterentwicklungen durch
die nachfolgenden Unteransprüche charakterisiert sind.
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Die in den Figuren 6 bis 10 wiedergegebene bevorzugte konkrete Ausführungsform
enthalt ein Gehäuse 21, durch das ein endloser Förderer 22 hindurchläuft, wobei
Schlitzöffnungen 23 zwischen dem Förderer 22 und den Abschirmplatten 24 des Gehäuses
vorgesehen sind, welche den Ein- und Austritt des Druckgutes, beispielsweise in
Form eines bedruckten Schicht- oder Bahgunaterials in das bzw. aus dem Gehäuse erlauben
Innehalb des Gehäuses 21 und unmittelhar unterhalb der Förderer 22 befindet sich
ein Saugbett 25, welches das Druckgut gegen den Förderer hält, während es sich in
der kritischen Zone unterhalb der Ultraviolettstrahlenquelle befindet Das Saugbett
hält das Druckgut stabil, während es der Ultraviolettstrahlung ausgesetzt wird.
Ein Schwimmen oder Flattern des Druckgutes könnte zwar infolge der Bewegung von
Kühlluft durch das Gehäuse auftreten, wird aber durch das Saugbett vermieden. Das
Saugbett 25 ist von üblicher Bauart und enthält einen Ibhlkörper 26 mit einer Vielzahl
von querverlaufenden Saugschlitzen 27. Der Hohlkörper 26 ist über ein Leitungssystem
mit einer Prallanordnung 28 an eine Saugpumpe 29 angeschlossen.
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oberhalb des Förderers befindet sich ein transparentes Wärmeableitungsfilter
für Infrarotstrahlen in Form einer Kühlschlange 30 bestehend aus einem wärmebeständigen
Glasrohr mit zwei Schenkeln 31, die durch ein U-förmiges Verbindungsstück 32 miteinander
verbunden sind. Das Kühlwasser wird in einem Behälter 33 mit zugeordneten Wärmeaustausclikhlvorrichtungen
34 vorrätig gehalten. Das Kühlwasser wird durch die Pumpe 35 in einen Schenkel 31
gepumpt. Der Austritt aus der Spule 30 führt zu einem Kopf 39, in dem sich ein Wehr
40 befindet (ein Einlaßende eines Zuflhungsrohres zurück zum Behälter), welches
oberhalb des anderen Endes 38 des Schenkels 31 sitzt, um sicherzustellen, daß keine
Gefahr für einen Austritt besteht, der ausreicht, daß die Spule nicht voll ist.
Außerdem ist ein Luftblasenauslaß IIO't vorgesehen.
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Der andere Hauptbauteil der Vorrichtung ist die Wärmequelle, bestehend
aus zwei Quecksilberlampen 41 an einem Rahmen 42 derart, daß sie unmittelbar oberhalb
und paraliel zu den Kühlrohrschenkeln 31 und in einer vorbestimmten Höhe dazu verlaufen.
Außerdem ist eine Reflektoranordnung 43 für jede Lampe 41 vorgesehen. Jede Reflektoranordnung
enthält einen halbkreisförmigen Reflektor 44 zur Reflektion von Strahlen, die normalerweise
nicht auf den
Förderer auftreffen, zurück auf den Förderer. Außerdem
ist eine Rückwand 45 um den Reflektor vorgesehen, so daß ein Luftkanal zwischen
der Rückwand 45 und der Rückseite des Reflektors 44 zur Umwälzung von Kühlluft entsteht.
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Die Luft wird von beiden Enden der Rückwand 45 mit Ililfe eines mittigen
Aus laßrohres 46 abgezogen, das an ein Sauggebläse 30 angeschlossen ist.
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Die Luft strütt auf ihrem oberen Weg, wenn sie am kühlsten ist, über
die Anschlußteile, wo die Bohrenden an die Stromversorgung angeschlossen sind und
wo sich die heißesten Zonen befinden. Innerhalb des Gehauses gibt-es einen leichten
Unterdruck bezüglich der eintretenden Luft, die durch das Gebläse 47 durch das Filter
48 eingesaugt wird, wobei die Luft durch das Gebläse 30 nach dem Kühlen der Rohre
abgegeben und van Gebläse 29 nach dem Durchgang durch das Saugbett 25 entfernt wird.
Der Ausgleich zwischen eintretender und austretender Luft wird erreicht durch die
Prallanordnung 28 in der Leitung zum Gebläse 29. Es entsteht eine kontinuierliche
Erzeugung von Ozon durch den Betrieb der Rohre und dieser Ozon wird durch die Gebläse
29 und 30 entfernt.
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Der Abstand zwischen der Mitte der Lampe 41 und den Reflektor, zwischen
der Lampe und der Kühlschlange und zwischen der Kühlschlange und dem Druckgut ist
in Übereinstimmung mit den vorher entwickelten theoretischen Überlegungen bestimmt.
Vorzugsweise sind einige besondere merkmale bei der erfindungsgemaßen Ausführungsform
vorgesehen. Die Abdeckbleche 24 weisen Unleitflanschen 49 auf, die mit einem matten
Überzug zum Auffangen von Licht versehen sind, wobei die inneren Oberflächen 50
der Bleche 24 reflektieren und der Winkel der Bleche derart gewählt ist, daß möglichst
viel Strahlung gesammelt und in den Förderer zurückgeführt wird. Die ideale Situation
ist die, bei der das Gehäuse eine im wesentlichen vollständige Lichtfalle bildet,
die keinen Austritt von ultraviolettem Licht ermöglicht.