结论前置：未签订劳动合同的情况下，劳动者仍然可以直接申请劳动仲裁来维护自己的合法权益，但前提是能够证明与用人单位之间存在事实劳动关系，并准备好充分的证据材料。
一、可以直接仲裁的情况及法律依据
在用人单位与劳动者建立劳动关系后，根据《中华人民共和国劳动合同法》的相关规定，用人单位应当自用工之日起一个月内与劳动者订立书面劳动合同。若用人单位未在规定时间内与劳动者签订书面劳动合同，劳动者有权直接申请劳动仲裁，具体情形如下：
用人单位超过一个月不满一年未与劳动者订立书面劳动合同：
- 劳动者可以主张用人单位支付双倍工资作为赔偿。这一规定旨在惩罚用人单位的违法行为，并保障劳动者的合法权益。
- 法律依据：《中华人民共和国劳动合同法》第八十二条第一款规定，用人单位自用工之日起超过一个月不满一年未与劳动者订立书面劳动合同的，应当向劳动者每月支付二倍的工资。
用人单位自用工之日起满一年不与劳动者订立书面劳动合同：
- 视为用人单位与劳动者已订立无固定期限劳动合同。此时，劳动者可通过仲裁解决相关纠纷，如要求确认无固定期限劳动合同关系及主张相应权益。
- 法律依据：同样依据《中华人民共和国劳动合同法》第八十二条第二款规定。
二、申请仲裁前的准备材料
为了确保仲裁申请的成功率，劳动者需要准备以下材料以证明劳动关系的存在：
证明劳动关系存在的材料：
- 工资支付凭证或记录（如银行工资流水明细），这是证明劳动关系最直接且有力的证据。
- 用人单位向劳动者发放的“工作证”、“服务证”等能够证明身份的证件，这些证件通常包含劳动者的职务、身份及用人单位的信息。
- 劳动者填写的用人单位招工招聘“登记表”、“报名表”等招用记录，记录了劳动者与用人单位建立劳动关系的初始过程。
- 考勤记录，显示了劳动者的出勤情况，是反映其工作状态的有力证据。
- 其他劳动者的证言，虽然属于间接证据，但在某些情况下也能起到关键作用。
- 与用人单位负责人或管理人员的通话录音或聊天记录（涉及工作安排、工资协商等内容），这些证据在证明劳动关系时也具有一定的效力。
仲裁申请书：
- 应写明申请人和被申请人的基本信息、仲裁请求、事实和理由等内容。仲裁请求需明确具体，如要求支付未签订劳动合同的双倍工资差额、支付拖欠的工资、补缴社会保险等。
- 事实和理由部分要详细陈述劳动者与用人单位之间的劳动关系建立过程及纠纷发生情况，确保仲裁委员会能够全面了解案情。
其他相关材料：
- 根据具体案件情况，可能还需提供工资条、加班记录、离职证明等其他证据材料，以进一步证明劳动者的权益受到侵害。
三、仲裁申请流程
劳动者需按照以下步骤进行仲裁申请：
确定仲裁机构：
- 劳动争议仲裁委员会负责管辖本区域内发生的劳动争议。劳动者需向有管辖权的劳动争议仲裁委员会提出申请，一般按照劳动合同履行地或用人单位所在地确定管辖。
提交申请材料：
- 将准备好的仲裁申请书和相关证据材料一并提交给仲裁委员会。仲裁委员会在收到申请材料后会进行审查，对于符合受理条件的予以受理并通知申请人；不符合受理条件的则不予受理并说明理由。
案件审理与裁决：
- 仲裁委员会受理案件后，会安排开庭审理。在审理过程中，双方当事人可以进行陈述、辩论、举证质证等。
- 仲裁委员会根据审理情况作出裁决，一般情况下会在受理仲裁申请之日起45日内作出；案情复杂需要延期的，经劳动争议仲裁委员会主任批准可延期并书面通知当事人，但延长期限不得超过15日。
四、注意事项
- 仲裁时效：劳动者申请劳动仲裁的时效一般为一年，自知道或应当知道权利被侵害之日起计算。因此，劳动者应及时行使权利，避免超过时效而丧失胜诉权。
- 证据保留：在申请劳动仲裁前，劳动者应充分收集和保留与劳动关系相关的所有证据，以确保仲裁请求的成立。同时，要注意证据的合法性和真实性，避免使用非法手段获取证据。
- 法律程序：劳动者在申请劳动仲裁时，应严格按照法律程序进行，确保每一步都符合法律规定。如有需要，可以寻求专业律师的帮助，以确保自己的权益得到充分保障。
综上所述，未签订劳动合同并不妨碍劳动者通过仲裁途径维护自己的合法权益。只要劳动者能够准备充分的证据材料并按照规定的程序进行申请，仲裁委员会通常会支持其合理的诉求。如果你在这方面有任何疑问或需要进一步的帮助，请随时向我咨询。